Étonnants chétognathes et gnathifères, va falloir s’y faire !

Il est facile de se laisser fasciner par les choses étranges. Un phénomène météorologique bizarre, une rue à l’ambiance particulière dans une vieille ville, un plat atypique dont on n’est pas sûr qu’on osera y goûter ou pas, ou un animal tordu... Eh ben comme de par hasard ici on va parler d’animaux tordus ! Et souvent avec ces animaux, le problème c’est de savoir où ils se trouvent dans l’arbre de la vie. Un exemple classique que beaucoup connaissent c’est l’ornithorynque, ce mammifère atypique qui a des points communs avec beaucoup d’animaux différents. Lors de sa découverte savoir de quel animal il était le plus proche n’était pas évident. Mais à force de recherches on a compris que c’était bien un mammifère, différent de nous ou des kangourous, mais quand même plus proche de nous que des lézards et oiseaux (qui pondent aussi des œufs comme l’ornithorynque). Notre cher mammifère aquatique à bec a cette chance, justement, d’être un mammifère, et beaucoup de gens travaillent sur ces animaux. Mais qu’en est-il des groupes plus lointains de nous ? Les vers marins ou autres insectes ? Eh bien beaucoup de ces organismes sont encore mystérieux et on ne sait pas où les placer dans la classification animale, mais comme avec l’ornithorynque avec le temps on va y arriver (j’en ai parlé ici, ici ou ici). Et récemment un des groupes les plus énigmatiques est probablement en train de trouver sa place bien au chaud au sein de l’arbre du vivant : Les chétognathe (à prononcer kétognate) !

Voici un chaetognathe, y’en a qui disent que ça ressemble à une flèche… Source : ceci n'est (vraiment) pas une b**e 

Les dents de la mer, version spéciale plancton

Bon, déjà c’est quoi un chétognathe ? Comme je l’ai déjà brièvement expliqué ici (zoo au plancton) ce sont des vers marins planctoniques. Ça veut dire que s’il y a trop de courant, pouf, ils se font emporter. Des organismes planctoniques il y en a beaucoup, et les chétognathes sont parmi les prédateurs les plus terribles sur la planète Terre… car ils chassent le copépode (dont je parle aussi dans mon article sur le plancton) ! D’autres amis planctoniques très, très, très abondants dans les eaux, mais aussi très agiles. Les chétognathes sont donc aussi parmi les plus communs et les plus efficaces des prédateurs. Corps effilé en forme de flèche (on les appelle aussi vers sagittaires ce qui signifie "vers flèches"), organes sensoriels perfectionnés, réflexes affûtés, et des mâchoires aux dents acérées pouvant injecter du venin. S’ils faisaient plusieurs mètres au lieu de quelques millimètres (voir centimètres pour les plus grands), ils seraient dignes d’un film d’horreur. En effet, si terribles qu’ils soient il est plus probable que vous en ayez avalé en buvant la tasse en mer, que l’inverse. Ces animaux omniprésents dans les mers et océans sont pourtant relativement peu connus et comme l’a dit Darwin, même aujourd’hui ils restent « remarquables par (…) l’obscurité de leurs affinités et par leur abondance inouïe dans les mers intertropicales et tempérées. ». 

Le cauchemar des copépodes, la tête du chétognathe, toutes dents écartées ! Source :  que vous avez de grandes dents !

3… 2… 1… Bor**l  classificatoire !

Le problème de la relation de parenté (phylogénie) des chétognathes avec les autres animaux est assez similaire, à leur échelle évolutive, à celui des ornithorynques. Ils ont des caractères qui ressemblent à ceux de différents groupes, allant des insectes à nous. Lorsqu’ils étaient étudiés uniquement sur la base des caractère morphologiques, leur développement embryonnaire semblait si proche du nôtre qu’ils ont été placé dans ce grand groupe appelé « deutérostomiens » (en rapport avec le développement justement, j’ai parlé en détails de ces animaux ici) qui donc comprends les vertébrés (nous, entre autres) mais aussi les étoiles de mer (exemple : Brusca et Brusca 2003). Puis quand on a étudié leur génome, on a commencé à les placer avec cet autre grand groupe, les « protostomiens » qui contiennent les mollusques et les insectes (et plein d’autres groupes très étranges). Et là aussi ce n’était pas si simple, car les résultats semblaient indiquer qu’ils étaient plus proches des Spiralia (aussi parfois appelés Lophotrochozoa selon les gens, pour que ce soit plus simple), qui comprennent les vers de terre et les mollusques (exemple : Matus et al. 2006). Mais d’autres recherches on aussi trouvé qu’ils étaient plus proches des ecdysozoaires (j’en ai parlé ici : histoire de mue) qui contiennent les insectes et autres bêtes à plein de pattes (exemple : Paps et al. 2009). On a aussi pensé que les chétognathes étaient simplement le groupe le plus proche des autres protostomiens (dans le jargon, on parle de groupe frère), c’est-à-dire qu’ils forment leur propre lignée (résumé par exemple chez Dun et al. 2014). Bref, déjà si vous avez tenu jusque-là je vous félicite, et pour vous récompenser, voici un arbre qui récapitule tout ça, vous allez voir j’ai juste mis les chétognathes partout…

Comme vous le voyez les chétognathes ont beaucoup voyagé dans la phylogénie, va falloir me démêler tout ça ! Sources : chétognathe, Ornithorynque,  Polypterus (vertébré qui n'existe pas), Acanthaster (étoile de mer),  squille (la "crevette" jolie mais pas sympa), Popoillon, Nématode (ver rond. Voilà, l'es scientifiques ont pas trouvé mieux pour les décrire), Dugesia (ver plat qui louche. Là par contre c'est moi qui les appelle comme ça), ver de terre, est-ce un cargo ? 

Encore des présentations de vers étranges…

Mais récemment, trois études scientifiques sont venues apporter des indices sur la position des chétognathes, qui trouveraient enfin leur place au chaud dans la phylogénie des animaux, et ces études semblent concorder ! Ce qu’il y a de plus convainquant c’est que ces trois études utilisent trois méthodes différentes : l’étude des gènes « architectes » de la morphologie des animaux, la comparaison des gènes pour faire une phylogénie, et la réinterprétation d’un fossile pourtant bien connu. Je ne vais pas tourner autour du pot longtemps, vu que ces trois études vont vous donner la réponse, les chétognathes seraient proches des… gnathifères !!! Mais oui mais oui ! Mes petits bébés chouchous avec les Micrognathozoa dedans ! Comment ça j’ai raté une étape de vulgarisation ? Faut expliquer ce que sont les gnathifères ? Ah oui ! Allez c’est parti, ça m’fait plaisir, je le fais rien que pour vous…

Déjà « gnathifère » signifie « qui porte des mâchoires » tiens tiens… Comme les chétognathes et leurs mâchoires soyeuses. Ils sont formés de trois groupes (taxons) : les gnathostomulides et les Micrognathozoa (mes chouchous sur lesquels j’ai travaillé !) dont je parle dans cet article : petits vers et les rotifères dont Sophie a déjà parlé ici. Ce sont des animaux aquatiques microscopiques qu’on trouve un peu partout sur la planète : dans le sol ou dans les mers. Ils ont des petites mâchoires qui leurs servent à plein de choses comme gratter les bactéries, chasser ou aspirer l’intérieur des cellules de plantes. Dans ce groupe, ce sont les rotifères les plus communs, et ceux qui ont la plus grande diversité de modes de vie, eux on les trouve partout partout ! Il y en a même probablement dans la terre de vos plantes de maison. Les gnathostomulides et les Micrognathozoa sont par contre plus rares. Les gnathostomulides se trouvent dans certains environnements marins vaseux, et les Micrognathozoa seulement dans certains cours d’eau douce d’une île du Groenland et d’une île australe. Mais les gnathifères ont été regroupés pas juste parce-qu’ils sont petits, mous et qu’ils ont des mâchoires, mais aussi parce-que la microstructure de leurs mâchoires est similaire entre ces trois taxons. En effet elles sont composées de bâtonnets qui, lorsqu’on les coupes et qu’on les regardes au microscope électronique, ont un intérieur sombre et un extérieur clair. Par ailleurs, les gnathifères possèdent très souvent une partie centrale de leurs mâchoires en forme de pince. Cependant comme ils sont souvent tout petits, et qu’à part les rotifères ils sont assez rares, il a fallu du temps pour qu’on arrive à avoir du matériel génétique pour confirmer que c’était bien un groupe naturel, appelé groupe monophylétique, et c’était bien le cas (Laumer et al. 2015) !

(N'hésitez pas à cliquer pour agrandir ! Ces animaux ne mordent pas ! Enfin si, mais pas en photo.) Présentation des différents gnathifères et leurs mâchoires. Sources : Gnathostomulida, Gnathostomula paradoxa, Micrognathozoa, Limnognathia maerski, animal, mâchoires, Rotifera, Testudinella patina, animal, mâchoires.

La structure générale et la microstructure interne des mâchoires d’un gnathifère constituées de bâtonnets avec l’intérieur sombre et l’extérieur clair (Gnathostomula paradoxa), d’après Herlyn et Ehlers, 1997.

Un secret partagé entre les rotifères et les chétognathes

La première étude à mettre les pieds dans le plat quant à la relation de parenté entre les chétognathes et les gnathifères c’est celle de Fröbius et Funch en 2017 (tout ça est relativement récent donc). Funch c’est quand même un des deux types qui a décrit les Micrognathozoa… Cette étude est une des premières à s’intéresser à la répartition des « gènes Hox » chez le rotifère Brachionus manjavacas. Les gènes Hox, c’est les gènes qui permettent la mise en place des différentes parties du corps d’avant en arrière chez les animaux. Autant dire qu’ils sont importants pour le développement embryonnaire. On  les utilise souvent pour mieux comprendre l’évolution entre différents taxons. Si une partie exprime les mêmes gènes Hox chez deux animaux différents, on va supposer qu’ils ont la même origine évolutive (jusqu’à preuve du contraire). C’est pour ça que beaucoup de chercheurs comparent l’expression des gènes Hox chez différents animaux pour pouvoir faire des hypothèses sur quelles parties de leur corps ont la même origine évolutive. Et qu’ont fait Fröbius et Funch à votre avis ? Ben ils n’ont pas comparé l’expression de ces gènes entre gnathifères (enfin ils ont regardé chez un rotifère quand même). Oh je ne leur jette pas la pierre, les gnathifères et les chétognathes c’est des animaux difficiles à manipuler en laboratoire (on est loin de l’organisme modèle docile sous la pipette hein). Par contre ils ont trouvé quelque chose d’assez intriguant quand même. En étudiant quels gènes Hox du rotifère B. manjavacas étaient présents dans son génome ils en ont trouvé un qui avait été déjà été décrit dans le génome des chétognathes, le gène MedPost. Et comme les gènes Hox sont importants pour le développement, on estime que le partage de la présence d’un même gène Hox est un argument fort a priori pour regrouper deux organismes. Par ailleurs ils ont quand même décrit l’expression de ces gènes Hox chez B. manjavacas ce qui offre des informations importantes pour les prochains travaux qui s’intéresseront à cette problématique. Cependant je reviendrai plus tard sur les critiques qu’on peut émettre. Reste que c’est une découverte très intéressante et qu’on espère que les prochaines études fouilleront un peu plus de ce côté-là.

(Cliquez pour agrandir) Résumé des différents gènes Hox qu’on retrouve chez les Spiralia. Remarquez surtout les gènes MedPost que l’on ne trouve que chez les chétognathes et les rotifères. Remarquez aussi qu’il manque du monde, j’ai nommé les Micrognathozoa et les gnathostomulides… Source Fröbius et Funch 2017

Encore des phylogénies !

L’autre étude encore plus récente de Martélaz et al. publiée en 2019 est celle qui place les chétognathes plus sérieusement dans la phylogénie grâce à la comparaison des séquences moléculaires. Pour ce faire, ils ont échantillonné plein de chétognathes, une dizaine d’espèces, ce qui est assez rare pour être signalé. Malheureusement, l’échantillonnage reste relativement faible en ce qui concerne les gnathostomulides, les rotifères et les Micrognathozoa (haha je rigole, il n’y a qu’une espèce de Micrognathozoa de toutes façons, je vous ai bien eu !). Et ils trouvent que les chétognathes sont proches (donc groupe frère) des gnathifères (et même dans certains de leurs arbres ils les trouvent dedans !). Voilà qui vient confirmer les résultats de l’étude précédente, qui rapprochait les rotifères des chétognathes ! Ce qu’il y a d’intéressant dans tout ça et sur quoi je n’ai pas encore insisté, c’est que le groupe [chétognathes + gnathifères] (on va dire gnatifères au sens large) sont le groupe frère du reste des spiraliens. Ce qui veut dire que comprendre leur évolution, c’est mieux comprendre l’évolution des spiraliens, vu que c’est un groupe qui s’est formé au début de leur évolution. Et comme les spiraliens c’est un des groupes animaux parmi les plus importants en termes d’espèces et de diversité, c’est aussi important pour comprendre l’évolution des animaux en général ! Ça met ces groupes, jusque-là souvent vus simplement comme des « groupes chelous », sur l’avant de la scène zoologique !

Résumé des relations de parentés entre les Spiralia et les chétognathes tels que résumés par Martélaz et al. 2019. Sources : chétognathe,  Micrognathozoa, Rotifera, Gnathostomulida Sterrer et Sørensen 2014, Gastrotricha,, Dugesia (ver plat), ver de terre, escargot 

l’Ami Amiskwia rejoint le club

La dernière découverte de cette histoire est paléontologique cette fois-ci et provient d’une étude effectuée par Vinther et Parry et publiée récemment, en mars 2019. Ici les auteurs s’intéressent à un fossile qui a longtemps embêté les paléontologues : Amiskwia sagittiformis. Tiens, « sagittiformis » veut justement dire en forme de flèche, comme les chétognathes ! En effet, les scientifiques ont vite rapproché cet animal des chétognathes grâce à la présence de nageoires latérales, ce qui à vrai dire, ne court pas les rues chez les animaux ! Le problème c’est que cette bête a deux tentacules et pas de mâchoires, et ça, c’est pas très très chétognathe… Voyez plutôt : 

Vue d’artiste d’Amiskwia sagittiformis remarquez les deux trucs noirs à l’avant on va y revenir… L’animal faisait 2-3cm. source : ver fossile chelou

Cependant, quand je dis que les chétognathes n’ont pas de tentacules, certains du genre Spadella, ont des petites antennes tentacules trop mimi ! Mais mieux, Shu et al. en 2017 ont redécrit un chétognathe fossile, Protosagitta, en l’affublant de tentacules à l’avant de la tête (cependant Vinther et Parry pensent qu’en fait c’est pas un fossile de Protosagitta que Shu et al. ont trouvé mais... d’Amiskwia…) ! Ok et les mâchoires alors ?   Ben les deux structures noires que vous voyez dans la tête d’Amiskwia ont été redécrites par Vinther et Parry justement comme des structures symétriques en formes de mâchoires. Mais ça ressemble pas aux dents acérées des chétognathes me direz-vous ! Non, par contre ça ressemble un peu aux mâchoires des gnathifères. Ces auteurs vont encore plus loin. Amiskwia et les chétognathes ne seraient pas juste groupe frère des gnathifères ! C’en seraient ! Même qu’ils seraient plus proches des rotifères que des Micrognathozoa et des gnathostomulides... Cependant je resterais assez prudent sur ces conclusions, puisque les caractères qu’ils ont utilisé dans leur analyse sont assez mal renseignés pour les Micrognathozoa et les gnathostomulides. Reste que placer Amiskwia proche des gnathifères ne semble pas absurde vu les structures décrites. Donc ça ferait d’une pierre deux coup, on place les chétognathes et en bonus ce fossile mystérieux !

Le fossile d’Amiskwia et l’interprétation de ses mâchoires. Evident non ? Moi, comme d’hab’, j’fais confiance aux paléontologues... Source : Vinther et Parry 2019.

Conclusion critique du zoologiste un peu trop enthousiaste

Mais vous ne croyiez pas que j’allais laisser passer tout ça facilement alors que j’ai quand même travaillé sur les pauvres et délaissés gnathifères ? Un des problèmes c’est que justement les gnathifères sont très peu étudiés, alors il y a très peu de données sur le sujet et peu de chercheurs se sont intéressés à ce groupe. En tant que morphologiste déjà soyons clair, ça ne me dérange pas que les chétognathes soient groupe frère des gnathifères (même si bon, les chétognathes sont tellement chelous qu’on les mettrait n’importe où, ça ne me choquerait pas). Déjà l’étude de Fröbius et Funch est très intéressante et je suis relativement convaincu par le gène MedPost partagé par les chétognathes et les rotifères, cependant, les spiraliens sont des organismes dont le génome évolue très, mais alors très vite (ou le nôtre évolue lentement ?), et particulièrement pour les petites bêtes comme les gnathifères et d’autres spiraliens qui sont tout aussi riquiquis (les gastrotriches par exemple dont je parle ici). Toute conclusion doit donc être prise avec des pincettes (ou des petites mâchoires) tant qu’on ne regarde pas plus de spiraliens, et dans ce cas notamment les gnathostomulides et les Micrognathozoa. 

Bon, ça c’est des remarques générales, mais là je vais rentrer dans les détails, mais c’est trop tentant. Puis le but de la science c’est aussi de pouvoir être critique bon sang ! Ce qui m’ennuie un peu avec ces études aussi c’est l’utilisation du nom « Gnathifera » justement. Les gnathifères c’est bien défini, c’est des organismes avec des mâchoires formées de tubules et d’une partie en forme de pince. Que les chétognathes en soient groupe frère pourquoi pas, mais dire que ce sont des gnathifères c’est autre chose, parce-que ça laisse penser que les mâchoires des chétognathes et des gnathifères ont la même origine évolutive. Or d’après mon humble avis, rien n’est moins sûr en l’état actuel des connaissances. Déjà la structure des mâchoires des chétognathes est différente de celle des gnathifères, je vous laisse juger :

Section d’une dent de chétognathe à gauche. Elles sont formées d’une forme de pulpe plutôt que de petit tube, tubes que vous pouvez voir à droite où l’on voit une section de mâchoires de gnathostomulide. Les deux images sont des sections de mâchoires vues au microscope électronique à transmission. Source : Bone et al. 1983 et Herlyn et Ehlers, 1997

L’autre truc c’est que les mâchoires c’est quelque chose qui apparaît très souvent chez les animaux. Mais vraiment très souvent. Une vague ressemblance et une position proche dans la phylogénie ne suffit pas à pouvoir dire qu’elles ont une même origine évolutive. Puis ça dépend aussi ce qu’on appelle mâchoires ! Certaines chez les rotifères ne servent pas à mâcher mais de piston pour aspirer de l’eau (et des proies) ! Certaines comme chez les gnathostomulides semblent plus servir à gratter les bactéries ! Ou chez certains vers plats, voire même chez les chétognathes, elles servent à attraper !

Diversité des mâchoires chez les animaux. En haut à gauche, les mâchoires d’une terrible eunice, une annélide, source : ver ouille, en haut à droite, un schéma des mâchoires d’un mollusque : Puncturella noachina source : Vortsepneva et al. 2014. En bas à gauche, les cinq dents des mâchoires bizarres des oursins. L’organe est plus joliment appelé « lanterne d’Aristote » source : mâchoires poétiques. Et en bas à droite les mâchoires d’un ver plat, Cheliplana. Ces mâchoires sont sur le nez et pas autour de la bouche ! Ils les sortent et s’en servent pour amener la proie à la bouche ! Source : Uyeno et Kier 2010.

Le dernier argument qui me fait douter du fait que les mâchoires des chétognathes et des gnathifères ont la même origine c’est leur position ! Déjà, les dents des chétognathes ne sont pas à l’intérieur du pharynx, contrairement aux gnathifères, ensuite les gnathifères ont quasiment toujours une partie centrale en forme de pince, et les gens qui travaillent dessus pensent qu’elle a la même origine évolutive pour tous les gnathifères. Or les chétognathes n’ont pas cette partie non plus. Pour Amiskwia c’est un peu plus compliqué. Les mâchoires (supposées, c’est un fossile quand même) d’Amiskwia sont bien dans le pharynx, par contre, il n’a pas encore été montré qu’elles étaient attachées entre elles pour former une pince. Une homologie avec les mâchoires de gnathifères est donc plus probable mais pourrait être mieux étayée. Mais qui sait, peut-être qu’on trouvera d'autres fossiles qui vont clarifier tout ça ? 

Comparaison des différentes mâchoires des gnathifères en vue ventrale et supposément apparentés. Les mâchoires sont en rouges et les parties centrales en forme de pince (supposée avoir la même origine évolutive) sont en mauve. L’appareil digestif est en bleu. Profitez en bien, ça m’a pris un temps monstre à faire cette figure ! Rotifera : Dicranophorus et Gnathostomulida : Gnathostomaria 

Alors les chétognathes proches des gnathifères ? Il semble bien que oui, ils ne sont plus orphelins comme avant ! Hourra ! Mais de là à penser que leur mâchoires sont les même que celles des gnathifères, je ne pense pas ! Comme quoi ce n’est pas parcequ’ils sont placés dans la phylogénie que tous les mystères sont résolus ! Si les chétognathes perdent un peu de leur romantique mystère phylogénétique (je pense ce que je veux ok ?) ce sont toujours des organismes étranges, tout comme les gnathifères, dont leur rapprochement créé un groupe encore plus étrange ! Si c’est pas pour me plaire ça !!! Va y avoir des choses à résoudre en zoologie entre tout ça mes amis !

Sources :

Bone Q., Ryan KP. Et Pulsford AL. 1983. The structure and composition of the teeth and grasping spines of chaetognaths. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 63(4) p929-939. https://doi.org/10.1017/S0025315400071332  

Brusca RC et Brusca GJ. 2003. Invertebrate, 2nd Edition. Sinauer Associates, Inc. ISBN13: 9780878930975

Dunn CW., Giribet G., Edgecombe GD., et Hejnol A. 2014. Animal Phylogeny and Its Evolutionary Implications. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 45:371-395. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-120213-091627

Fröbius AC. et Funch P. 2017. Rotiferan Hox genes give new insights into the evolution of metazoan bodyplans. Nature Communication. 8(9). https://doi.org/10.1038/s41467-017-00020-w

Herlyn H. et Ehlers U. 1998. Ultrastructure and function of the pharynx of Gnathostomula paradoxa (Gnathostomulida). Zoomorphology. 117:135–145. https://doi.org/10.1007/s004350050038

Laumer CE., Bekkouche N., Kerbl A., Goetz F., Neves RC., Sørensen MV., Kristensen RM., Hejnol A., Dunn CW., Giribet G. et Worsaae K. 2015. Spiralian phylogeny informs the evolution of microscopic lineages. Current Biology. 5(15). https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.06.068

Martélaz F., Peijnenburg KTCA., Goto T., Satoh N. et Rokhsar DS. 2019. A New Spiralian Phylogeny Places the Enigmatic Arrow Worms among Gnathiferans. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.11.042

Matus DQ., Copley RR., Dun CW., Halanych KM., Martidale MQ. Et Telford MJ. 2006. Broad taxon and gene sampling indicate that chaetognaths are protostomes. Current Biology. 16(15), PR575-R576. https://doi.org/10.1016/j.cub.2006.07.017

Paps J., Baguñà J et Ruitort M. 2009. Bilaterian Phylogeny: A Broad Sampling of 13 Nuclear Genes Provides a New Lophotrochozoa Phylogeny and Supports a Paraphyletic Basal Acoelomorpha. Molecular Biology and Evolution, 26(10):2397–2406. https://doi.org/10.1093/molbev/msp150

Shu D., Conway-Morris S., Han J., Hoyal Cuthill JF.,  Zhang Z., Cheng M. et Huang H. 2017. Multi-jawed chaetognaths from the Chengjiang Lagerstätte (Cambiran Series 2, Stage 3) of Yunnan, China. Palaeontology. 60(6) p763-772. https://doi.org/10.1111/pala.12325

Uyeno TA. et Kier William. 2010. Morphology of the Muscle Articulation Joint Between the Hooks of a Flatworm (Kalyptorhynchia, Cheliplana sp.). Biological Bulletin. 218 p169-180. https://doi.org/10.1086/BBLv218n2p169

Vinther J., et Parry LA. 2019. Bilateral Jaw Elements in Amiskwia sagittiformis Bridge the Morphological Gap between Gnathiferans and Chaetognaths. Current biology. 29, 1–8. https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.01.052

Vortsepneva E., Ivanov D., Purschke G. et Tzetlin A. 2014. Fine Morphology of the Jaw Apparatus of Puncturella noachina (Fissurellidae, Vetigastropoda). Journal of Morphology. 275 p775–787. https://doi.org/10.1002/jmor.20259

Nicobola

Les surprises de l’insignifiant placozoaire

C’est un peu une super période pour les animaux « non bilatériens » en ce moment (les animaux qui ne sont pas divisés en seulement deux côtés symétriques). Entre l’incroyable découverte d’un nouvel organisme dont je vous ai parlé récemment (un nouveau casse-tête pour les zoologistes), des recherches récentes sur les cténaires (de notre relation avec Bob l'Eponge) et mon article sur le mouvement des éponges posté il y a moins d’un an (Essuyons quelques préjugés sur les éponges), ce sont les informes et délaissés placozoaires qui vont nous intéresser aujourd’hui. Un article intéressant sur le sujet est paru il y a quelques mois. Pourtant les placozoaires sont probablement les animaux à l’apparence la plus simple. En plus c’est un groupe un peu triste, ne comprenant qu’une seule espèce décrite : Trichoplax adherens. Leur génome a été séquencé et montre une complexité bien supérieure à leur anatomie. Cependant, une étude parue en juillet dernier montre que pas moins d’un tiers de la morphologie de cet animal était encore inexplorée. Laissez-moi vous raconter l’histoire du pauvre placozoaire.

Le pauvre et informe placozoaire… Et en plus il ne mesure que quelques millimètres (souvent entre un et trois).  (Source : il faut toujours utiliser wiki)

Aujourd’hui nous sommes dans l’ère de la génomique (faut bien faire de grandes généralités). Séquencer un génome coûte de moins en moins cher et est de plus en plus facile. On est techniquement loin du temps où il fallait plusieurs laboratoires et plusieurs années pour séquencer un génome (voir sur tout se passe comme si). Et si le génome de tous les « organismes modèles » en biologie a été séquencé, le séquençage des génomes est même pratiqué maintenant pour des organismes plus obscurs, comme montré dernièrement dans plusieurs articles sur les cténophores parus dans Science et Nature et dont l’un d’eux a été très bien commenté par Taupo (ici, encore). L’initiative est louable, et nous sommes tous impatients de voir le moment où la plupart des génomes seront disponibles. Aussi, c’est en 2008, il y a six ans déjà, que le génome de l’étrange et discret placozoaire était séquencé. Mais qu’est-ce qu’un placozoaire ?

Evolution du coût de séquençage d’un génome et du nombre de génomes séquencés en fonction du temps. Ouaip, ça va vite ! (Source : la courbe qui fait sérieux)

Les placozoaires, déjà évoqués ici (Evolution et complexité, ce n'est pas si simple), sont juste des petits matelas de quelques cellules, rampant au fond des eaux marines côtières. Ce sont des animaux uniques, différents de ceux dont qu’on est habitués à voir. L’origine de ce groupe remonte probablement aux débuts de la diversification des animaux. Une grande découverte assurément, et dont l’histoire vaut le détour. Ils n’ont pas été découverts dans les abysses, une contrée lointaine ou quelque zone inexplorée que ce soit. Non, ils ont été découverts au fin fond… d’un aquarium dans un laboratoire en 1883. Pendant plusieurs années (décennies, une siècle) d’ailleurs personne n’en avait trouvé de sauvages. Puis, aussi petits et discrets soient-ils, ils ont finalement  été trouvés en liberté, libres et heureux, en 1989 à Hawaï, dans les eaux côtières.

Cependant, malgré les implications que cet animal pouvait avoir sur notre compréhension de l’origine des animaux, le pauvre placozoaire est resté peu étudié. Ce n’est que dans les années 70 que le vrai boulot a commencé. Les premiers travaux en microscopie électronique ont été menés sur cet animal. Et donc l’année dernière que savions-nous encore sur cet animal ? Que seuls quatre types cellulaires sont présents. Très peu donc. En voici la liste :

-Les cellules dorsales ciliées,

-Les cellules ventrales, elles aussi ciliées mais présentant des papilles (pour être exact des microvillosités),

-Les cellules glandulaires (sécrétrices de trucs qu’on sait pas c’est quoi)

-Et des cellules fibreuses.

Les cellules fibreuses étaient supposées participer à la contraction de l’animal, les cellules ciliées à sa locomotion, mais les cellules ventrales étaient aussi supposées participer à la digestion. En effet, les microvillosités sont souvent impliquées dans cette fonction. Or le placozoaire mange en formant une cavité avec sa face ventrale autour des particules qu’il trouve intéressantes (ou du moins qui ne vont pas plus vite que lui). Bref, ce n’est pas folichon, et même la reproduction sexuée n’a jamais été observée chez cet animal (quand bien même elle est très très fortement suspectée). Il n’y a donc pas grand-chose à dire sur placoco. Pas grand-chose, vraiment ? Ben comme je l’ai dit on a séquencé son génome. 98 millions de paires de bases, un océan d’informations (quand bien même ça reste inférieur aux mammifères par exemple qui ont autour de deux/trois milliards de paires de bases). Et ce n’est pas de l’ADN tout pourri avec que des trucs qui servent à rien, on y trouve la plupart des gènes de développement et de voies de signalisation cellulaires que l’on trouve chez les animaux apparemment plus complexes comme l’humain ou la mouche ! Mais à quoi cela peut-il bien servir chez un animal qui possède quatre types de cellules différentes et qui ne fait rien que ramper ?

Schéma des différentes cellules d’un placozoaire, on a vite fait le tour… (Source: schéma qui ressemble à rien. )

La fin du résumé de l’article suivant le séquençage du génome de notre timide placozoaire laisse présager quelque chose. Il est écrit que cette étude devrait « encourager des recherches plus approfondies pour une complexité cellulaire cachée et/ou des phases du cycle de vie inconnues.» Six ans après, enfin, certains scientifiques s’y sont enfin penchés.

Notre placoco a maintenant été étudié dans l’océan, et si d’autres phases du cycle de vie ne sont pas à exclure, il semble assez difficile de les observer. Rien à se mettre sous la dent donc par rapport à d’autres phases. Alors ? D’autres types cellulaires ? Notre ami a pourtant déjà été étudié en détails par microscopie électronique, une méthode si puissante que la résolution est moléculaire ! Qu’attendre de plus ?

Et bien en juillet dernier, un article qui m’a beaucoup touché en tant que morphologiste est paru. Une nouvelle étude de la morphologie des placozoaires. Après plusieurs articles parus ces dernières années commentant le génome de notre ami, discutant les implications que peuvent avoir tous ces gènes, des gens se sont enfin décidés à revenir un peu sur la morphologie de notre ami. En morphologie, on ne prend pas juste un organisme pour le foutre sous le microscope, faire un dessin et décrire tout ça dans un vieux livre en allemand. Pour chaque type de microscopie un peu avancée, on doit « fixer » l’animal. Le stabiliser chimiquement pour ne pas qu’il se détériore, qu’il garde son intégrité morphologique (ou génétique) et qu’il puisse être traité avec les méthodes de coloration adaptées au microscope que l’on va utiliser. Chaque méthode de fixation a ses avantages et ses inconvénients : l’alcool préserve l’ADN mais dessèche l’animal. Le formol préserve sa morphologie mais l’ADN est ensuite difficile à récupérer. Il existe des dizaines de « fixatifs », autant dire que bien choisir est crucial. Dans cette étude récente les auteurs ont tenté des méthodes de fixations plus efficaces, jamais essayées sur placoco, ainsi que des types de microscopie pour certains datant de plusieurs dizaines d’années (contraste de phase différentiel) ou plus récents (confocal) ainsi que la bonne vielle microscopie électronique à transmission. Et ben, et on trouve quoi alors ?

Pas moins de deux nouveaux types cellulaires ! Contre, je vous le rappelle, quatre décrits auparavant. C’est-à-dire qu’au moins un tiers de l’animal était inconnu ! C’est comme étudier un humain des pieds au torse ! Qu’a-t-on donc découvert ? Le plus impressionnant, bien que ces cellules ne soient pas tellement abondantes, sont les cellules cristallines réfringentes, c’est-à-dire des cellules qui réfléchissent la lumière au microscope. Elles possèdent en leur sein un cristal de composition inconnue. La fonction de ces cellules est encore énigmatique et elles pourraient éventuellement être impliquées dans la détection de la lumière ou de la gravité. Malheureusement, pour l’instant, la sensibilité à ces deux variables des placozoaires n’est pas attestée, et ces cellules cristallines restent mystérieuses.

Cela ne nous apprend donc pas grand-chose malheureusement. L’autre catégorie de cellules trouvée est celle des cellules lipophiles (c’est-à-dire qu’elles contiennent des lipides, du gras quoi), autrement plus intéressantes puisqu’elles semblent secréter des produits acides. Au vu de leur répartition sur la phase ventrale, elles sont supposées participer à la digestion par la sécrétion des différents produits. Des cellules non négligeables donc. Rappelez-vous, lorsqu’un placozoaire mange, il forme seulement une cavité avec sa face ventrale. Il est donc supposé que ces cellules lipophiles vont relarguer les « sucs digestifs ». La « proie » (si tant est que placoco chasse) va être digérée, et les cellules ciliées ventrales, avec leurs microvillosités et donc leur surface augmentée, vont s’occuper de l’absorption des nutriments. La question est : cela pourrait-il nous apprendre quelque chose sur l’origine même du système digestif chez les autres animaux ? Qui sait ? Mais plus de recherches sont nécessaires pour pouvoir s’approcher d’une conclusion.

Représentation d’une coupe de placozoaire avec les nouveaux types de cellules découverts. En plus d’être plus complet, ce dessin est plus joli que ce qu’on avait précédemment. DEC et VEC signifient respectivement cellule de l’épithélium dorsale et cellule de l’épithélium ventral. Source : Smith et al. 2014.

Allez, voilà, on a fait le tour des deux autres types de cellules. C’est proportionnellement plus mais pas la peine de faire tout un foin là-dessus. Mais si ! Quand y’en a plus y’en a encore (je n’en ai cependant plus pour très longtemps). Déjà, deux autres types de cellules supplémentaires pourraient être présents. Ca n’est pas encore confirmé car on n’a pas tellement de nouvelles données, c’est pour ça qu’elles ne font pas encore partie de la liste « officielle ». Certaines études précédentes ont montré la présence de cellules dorsales ciliées apparemment similaires en morphologie des bonnes vieilles cellules dorsales déjà décrites, mais possédant aussi des lipides en leur sein. Ces cellules ont été supposées être impliquées dans la défense de l’organisme (elles seraient répulsives). Malheureusement les spécimens étudiés dans cette nouvelle étude ne semblaient pas présenter ces gouttelettes de lipides. Cela laisse supposer que la lignée de clones sur laquelle l’étude a été menée est différente des lignées sauvages. Et des observations des auteurs sur les lignées sauvages ont confirmé la présence de ces gouttelettes de lipides.

Le dernier type de cellules supposé est peut-être constitué par des cellules souches, c’est à dire des cellules indifférenciées. Malheureusement, ces petites cellules reportées dans d’autres études ne sont pas vraiment discutées dans cette étude…

Donc, peut-être huit types de cellules, c’est bien. Mais attendeeeeez, j’ai toujours pas fini ! L’étude plus approfondie de la morphologie des cellules déjà décrites peut nous apporter aussi de nouvelles informations. Et ça a été le cas. Déjà les cellules glandulaires dont je vous parlais semblent produire des neurotransmetteurs… Ce seraient donc des cellules impliquées dans l’intégration des informations que l’organisme perçoit autour de lui. Probablement des cellules similaires aux cellules nerveuses des autres animaux. Une découverte importante qui encore, demande plus de recherches. On est loin de la fonction inconnue de ces cellules, quand bien même il reste du travail.

Le dernier résultat intéressant, c’est que ces cellules fibreuses n’auraient pas le rôle contractile qu’on leur a précédemment prêté. Quand bien même leur morphologie correspond, il n’a pas été trouvé de fibres contractiles. A l’inverse, au contact de chaque cellule, au niveau de la membrane cellulaire, des pores sont présents. Ce qui laisse penser que des trucs, encore inconnus, doivent passer entre les cellules. Les auteurs ont donc proposé que ce seraient peut-être plutôt des cellules qui transmettent de l’information, des formes de « neurones » (bien que ça n’en soit pas, il n’y a pas de vraie synapses). Bref, encore une piste à explorer, d’autant plus qu’il y a une question en suspens maintenant, c’est que si les cellules fibreuses ne sont pas contractiles, alors comment les placozoaires se contractent-ils ?

Allez, un petit récapitulatif :

	Type de cellule	Fonction supposée
Anciennes cellules décrites	Cellules ciliées dorsales	Déplacement
	Cellules ciliées ventrales	Déplacement et ingestion
Anciennes cellules décrites et réinterprétées	Cellules glandulaires	Précédemment inconnu, probablement Neurosécrétion.
	Cellules fibreuses	Contraction. Transmission de signal hormonal ou électrique
Nouvelles cellules décrites	Cellules lipophiles (ventrales)	Digestion
	Cellules cristalines	Inconnue (vision, balance ?)
Nouvelles cellules suspectées	Cellules lipophiles dorsales	Défensive ?
	Cellules souches	Cellules non spécialisées

Tableau récapitulant les nouvelles découvertes morphologiques sur notre ami placoco

Donc si on résume bien, on a deux extrêmes : 

-Soit on a seulement découvert deux nouveaux types de cellules, ce qui nous fait au total six types de cellules.

-Ou, on a jusqu’à quatre nouveaux types de cellules, ce qui double le nombre précédemment décrit, et la moitié de ce qui était précédemment décrit (deux sur quatre) était mal interprétée. C’était donc, dans ce cas, plus de trois quarts de la morphologie qui était inconnue ou mal décrite.

Encore une fois à l’ère de la génomique, si en effet, les trois quarts de la morphologie étaient inconnus, les interprétations sur cet animal et son génome étaient donc là jusque-là quasiment vides de sens. Six ans après le séquençage du génome des placozoaires et plusieurs articles sur le sujet, il était temps de revenir un peu sur leur anatomie. Tout ça montre donc l’importance de la morphologie en biologie. Ce n’est pas une vieille discipline dont on n’a plus besoin. C’est une activité dynamique où les techniques se multiplient mais aussi où une quantité incroyable de travail reste à faire (sur des organismes déjà étudiés ou non, avec des méthodes déjà utilisées ou non). A l’inverse malheureusement, le nombre de spécialistes dans ce domaine diminue fortement.

Bien sûr, encore une fois, la prudence est de mise. Certaines des conclusions que j’ai évoquées ici pourraient être réinterprétées… Mais dans tous les cas, même le plus « insignifiant » des animaux a encore beaucoup de secrets à nous révéler !

Sources :

Smith, C., Varoqueaux, F., Kittelmann, M., Assam, R. N., Cooper, B., Winters, C. A., Eitel, M., Fasshaeur, D. et Reese, T. S. Novel cell types, neurosecretory cells, of the early-diverging Metazoan Trichoplax adherens. Current Biology. 24, 1565-1572.

Srivastava, M., Begovic, E., Chapman, J., Putnam, N.H., Hellsten, U., Kawashima, T., Kuo, A., Mitros, T., Salamov, A., Carpenter, M.L., et al. (2008). The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature. 454, 955–960.