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Loupe binoculaire
Les pédicellaires positionnés sur le test ou détachés sont observés à l’aide d’une loupe binoculaire Leica (MZ8, grossissement de 6,3 à 50 fois). Les observations comme les prélèvements qui sont effectués, donnent un bilan de la présence, de l’état et de l’abondance des pédicellaires après de nombreuses manipulations. Ainsi, les spécimens ont pu perdre une partie ou la totalité d’un ou plusieurs types de pédicellaires sous les effets du mode de récolte, du stress induit au moment du prélèvement, du mode de conservation, du temps passé en collection et des nombreuses manipulations qui conduisent enfin le spécimen sous la loupe.
Microscope Electronique à Balayage (MEB)
Les éléments de calcite des pédicellaires se prêtent particulièrement bien à cette technique. En effet, une fois les structures nettoyées de leur matière organique, la pièce de calcite est prête pour la métallisation et l’observation. Les images obtenues donnent une vision en trois dimensions de la structure observée avec une excellente profondeur de champ. Ceci présente un avantage considérable sur la microscopie photonique. La méthode pour l’observation au MEB se décompose en plusieurs étapes : prélèvement, nettoyage, préparation des porte-objets, métallisation et observation.
Prélèvement
Les pédicellaires sont prélevés sous la loupe binoculaire à l’aide d’un outil muni d’une aiguille fine (Fig. 1.1, A). L’électricité statique (à sec) ou la capillarité (avec alcool) permettent de les manipuler sans utiliser de pinces qui risquent de les casser.
Nettoyage
Les pédicellaires observés entiers sont trempés quelques secondes dans de l’alcool à 85% mélangé à quelques gouttes d’hypochlorite de sodium afin de supprimer la matière organique qui recouvre les valves. Pour observer les valves dissociées, les pédicellaires sont trempés dans un bain d’hypochlorite de sodium pendant environ cinq minutes. Ensuite, trois rinçages successifs dans de l’éthanol à 85% sont réalisés, avant séchage.
Préparation du porte-objet
Les pédicellaires non dissociés et les valves sont manipulés avec l’outil utilisé précédemment (Fig. 1.1, A). Les pédicellaires et les valves sont positionnés un à un dans une direction commune afin de faciliter les prises de vue au MEB (Fig. 1.1, B).
Métallisation et observation
Le métalliseur utilisé est un modèle JEOL JFC-1200. Suivant la taille des pédicellaires, la métallisation dure de 20 à 90 secondes. Le MEB utilisé pour ces travaux est un modèle JEOL JSM-840 dépendant du service de microscopie électronique du MNHN. L’appareil est équipé d’un appareil photographique argentique au format 120 ainsi que d’une station photographique numérique. Les prises de vue sont effectuées à 5kV.
Problèmes rencontrés
Lors de ces différentes étapes de nombreux pédicellaires ou valves sont cassés du fait de leur petite taille et de leur fragilité. Ces difficultés de manipulations sont à l’origine des écarts quantitatifs qui pourront être notés par la suite entre le nombre de pédicellaires prélevés et le nombre d’observations ou de mesures réellement effectué à partir des photographies.
Mesures
Les prises de mesures sont réalisées soit à partir des planches contactes à l’aide d’une règle graduée, soit directement à partir des photographies numériques obtenues au MEB avec l’outil «règle» de Photoshop 7.0. Les deux techniques ont été utilisées car seules les prises de vue en argentique étaient possibles jusqu’en janvier 2002 au service de microscopie électronique du Muséum. Il faut noter que l’outil «règle» de Photoshop apporte plus de précision dans les mesures d’autant plus qu’il est possible d’effectuer des grosssissements des zones à mesurer à l’aide de l’outil «loupe» du logiciel.
Les différentes catégories
Les pédicellaires de Stylocidaris affinis sont utilisés pour décrire avec précision la morphologie des trois catégories présentes chez les Cidaroida : les pédicellaires globifères qui sont divisés en petits globifères et gros globifères et les pédicellaires dentés.
Les pédicellaires sont constitués d’un pédoncule supportant une tête composée de valves. Pour chaque catégorie, le diamètre du pédoncule s’amincie distalement. Des fibres musculaires assurent la jonction entre la tête et le pédoncule (Fig. 1.2, A1, B1, C1). Le pédoncule présente un stéréome avec une structure réticulée.
Les valves de chacune des catégories présentent deux parties (Fig. 1.2, A4, B4, C4) :
1- un limbe distal plus ou moins long qui peut se terminer par une ou plusieurs dents terminales ;
2- une partie basale (côté proximal) constituée d’un arc basal plus ou moins marqué, d’une surface articulaire proximale et de deux cavités d’insertion musculaire séparées par une apophyse longitudinale.
L’arc basal et l’apophyse longitudinale interviennent dans la fixation des fibres musculaires qui permettent le mouvement des valves (Fig. 1.2, A2, B2, C2).
Pédicellaires globifères
La tête est globuleuse. Les valves contiennent, dans le squelette calcaire du limbe et de la partie basale, des glandes à venin qui sont caractéristiques de cette catégorie de pédicellaires (Fig. 1.2, A5). Le limbe se termine par une ouverture délimitée par une lèvre plus ou moins dentée. Je nommerai la partie basse de cette lèvre qui sépare l’ouverture du reste du limbe «crête transversale» (Fig. 1.2, A3 et B3). La valve peut se terminer distalement par une ou plusieurs dents (Fig. 1.2, A4 et A5).
Gros pédicellaires globifères (GPG)
La tête présente une forme plus globuleuse que les PPG. Comme pour les PPG, la partie proximale est enflée. En position fermée, des espaces sont visibles entre les valves qui sont jointes au niveau de l’ouverture terminale (Fig. 1.2, B1). La base de la partie amincie du pédoncule peut présenter une collerette formée de baguettes calcitiques projetées vers les valves (Fig. 1.2, B6, B7).
Les valves mesurent de 0,5 à 1 mm de longueur et ne présentent pas de dent terminale. En conséquence, l’ouverture contenant les cellules sécrétrices présente un orifice qui assure l’excrétion du venin (Mortensen, 1928). Je les nommerai GPG.
Conclusion
Les caractéristiques morphologiques générales des pédicellaires globifères (PPG et GPG) sont globalement identiques. Cependant on peut distinguer des caractères différents. Chez Stylocidaris affinis, la principale différence est la présence sur les valves des petits pédicellaires globifères d’une dent terminale (qui est absente chez les gros globifères). Ils diffèrent également par leur forme générale, les valves des gros pédicellaires globifères étant plus trapues (rapport «largeur à la base/longueur» plus grand) et par leur taille, les valves des petits globifères étant théoriquement plus petites.
Pédicellaires dentés (PD)
Le terme «tridenté» utilisé par la majorité des auteurs implique la présence de trois valves. Or ce caractère n’est pas constant puisque certains pédicellaires tridentés peuvent être bidentés ou quadridentés. J’ai donc décidé, comme le suggère Madon-Senez (1998), de conserver la racine du mot et de parler de pédicellaires dentés.
La tête présente une forme tétraédrique avec un côté proximal enflé et un côté distal qui se termine en une pointe arrondie. Un espace est visible entre les valves, de la base jusqu’à l’extrémité distale (Fig. 1.2, C1). Elle présente généralement trois valves bien que j’aie pu observer de très rares à deux valves (Annexe 4, suite – 2/6).
Les valves des pédicellaires dentés mesurent de 0,5 à 1 mm de longueur. Elles n’ont pas de glande à venin ou à mucus. Le limbe est particulièrement long et effilé par rapport à la partie basale, formant une gouttière plus ou moins remplie d’un réseau lâche de calcite. La partie proximale de cette gouttière s’élargit légèrement formant un petit triangle qui prolonge la partie basale (Fig. 1.2, C3 et C4). J’appellerai ces pédicellaires, les PD.
Ces caractéristiques morphologiques permettent de distinguer facilement les pédicellaires dentés des pédicellaires globifères.
VARIATIONS MORPHOLOGIQUES
Les pédicellaires de Stylocidaris affinis ont permis de présenter les caractéristiques morphologiques des trois types présents chez les Cidaroida.
Mortensen (1928) a proposé dans sa classification l’utilisation de nombreux caractères basés sur les pédicellaires. Ces choix étaient justifiés par l’observation sur ces structures microscopiques de caractères variables au niveau spécifique et générique permettant de clarifier la classification du groupe.
Dans un premier temps, il convient donc d’illustrer l’ontogenèse des pédicelaires. Ensuite, je rendrai compte de la variabilité à l’échelle du spécimen et des conséquences sur l’observation des caractères. Enfin, dans un dernier palier d’intégration, j’illustrerai la diversité morphologique au niveau générique en présentant les caractères à valeur systématique et les limites de leur utilisation. Les observations réalisées et les espèces étudiées à chacun de ces paliers sont présentées dans le tableau 1.2.
Gros pédicellaires globifères (GPG) (Pl. 1.2)
Les GPG sont généralement peu abondants sur un même spécimen. L’observation de pédicellaires en cours de croissance est donc rare.
Quatre pédicellaires ont été isolés sur un spécimen de Goniocidaris tubaria. Ils ont été dissociés afin d’observer les valves présentés sur la planche 1.2.
La valve « adulte » du pédicellaire de ce spécimen (Pl. 1.2, valve D) mesure environ 800m. Sa largeur basale est grande par rapport à la longueur donnant un aspect trapu à la valve. Le limbe a la même longueur que la partie basale. L’ouverture terminale de forme triangulaire s’individualise à l’extrémité distale du limbe. Hormis ces différences de forme, les caractéristiques morphologiques sont les mêmes que les valves de GPG déjà décrites (Fig. 1.2, B4).
La valve A (Pl. 1.2), la plus « jeune », mesure environ 370m. La surface articulaire est visible mais peu différenciée, l’arc basal absent. Les deux zones d’insertion musculaire sont constituées d’un réseau calcitique lâche et non différencié. L’apophyse longitudinale est formée. Le limbe est très court constitué d’une « languette » de calcite courbée latéralement dont la partie proximale est en forme de cône. Sur la valve B, le cône s’est allongé et constitue une ébauche de tube orienté vers le haut. La valve C présente les caractéristiques de la valve finale (valve D) : la surface articulaire est plus large et mieux différenciée, les « ailes » de calcite bordant le tube central sont plus larges et présentent des zones différenciées, l’ouverture terminale présente sa forme triangulaire finale. Les dernières étapes (valve C à D) sont la différenciation de l’arc basal, la formation des épaississements de calcite plus ou moins dentés bordant la valve ainsi que la formation de la lèvre dentée entourant l’ouverture terminale.
Pédicellaires dentés (PD)
Suivant le genre, la population ou le spécimen étudié, la fréquence des PD peut beaucoup varier. J’ai isolé des pédicellaires en cours de croissance sur trois espèces. D’une part Stylocidaris affinis et Prionocidaris sp. qui présentent les mêmes caractéristiques genérales en ce qui concerne leurs PPG, GPG et PD, d’autre part chez Histocidaris sp. qui appartient à un groupe dont l’une des caractéristiques est de ne présenter que des PD (Mortensen, 1928).
Chez Stylocidaris affinis
Six pédicellaires ont été isolés sur une population de Stylocidaris affinis. Afin de les observer entiers, ils ont été nettoyés à l’alcool sans hypochlorite de sodium ce qui conserve la matière organique qui assure la cohésion des valves (Pl. 1.3, Figure I).
Le pédicellaire F «adulte» mesure environ 550m de longueur sans le pédoncule. Il est identique au PD précédemment décrit (Fig. 1.2, C4) : il a une forme tétraédrique avec une partie proximale enflée. La partie basale du tétraèdre se prolonge par des limbes étroits. Les espaces entre les valves lorsque le pédicellaire est fermé, sont longs et larges. Le pédicellaire A, le plus « jeune », mesure environ 200m de longueur sans le pédoncule. Les valves sont de forme triangulaire, courbées et sont constituées d’un réseau calcitique non différencié. Des espaces existent entre les valves. Les valves qui forment le pédicellaire B sont plus allongées et plus bombées. Elles se terminent en position distale par des pointes qui s’individualisent du fait d’une structure calcitique différente. Les limbes s’allongent de plus en plus sur les valves C, D et E avec une différenciation de la calcite.
Quel que soit le pédicellaire observé, les valves fermées sont toujours en contact par l’extrémité distale et des espaces sont toujours présents entre les valves, de la base à l’extrémité distale.
Chez Prionocidaris
Quatre pédicellaires ont été isolés sur une population de Prionocidaris sp. Ils ont été dissociés afin d’observer les valves en vue interne (Pl. 1.3, Figure II).
La valve D mesure environ 1,2 mm de longueur. La partie proximale large forme un triangle avec la base du limbe. Celui-ci se prolonge sous la forme d’une gouttière plus ou moins remplie de calcite. La structure est identique à celle de la valve de PD de Stylocidaris affinis (partie A, 3.2). La valve A mesure environ 200m. La partie basale présente une surface articulaire peu différenciée sans arc basal. L’apophyse est formée d’un réseau calcitique lâche. Le limbe se limite à une languette de calcite formant un cône à sa base. Sur la valve B, la partie proximale est différenciée : l’arc basal est formé, l’apophyse longitudinale présente un «bourrelet» de calcite à son sommet. Le limbe qui est plus long, forme une gouttière étroite dont la base est élargie par de petites « ailes » de calcite non différenciées. Sur la valve C, le limbe s’est encore allongé et la gouttière est remplie par un réseau lâche de calcite. L’allongement du limbe et le remplissage de la gouttière se poursuivent de la valve C à la valve D. De plus, le pourtour de la valve se différencie par un épaississement de la calcite (de type «bourrelet»). De petites dents se forment sur le contour épaissi du limbe.
Chez Histocidaris sp
Huit pédicellaires ont été prélevés sur un spécimen d’Histocidaris sp. Cinq d’entre eux ont été dissociés afin d’observer les valves à plusieurs stades de croissance (Pl. 1.4, A). Compte tenu de la résistance physique de ces valves, peu d’entre elles ont été cassées. Ainsi des photographies en vues interne, latérale et externe ont été prises dans la majorité des cas afin de visualiser la forme tridimensionnelle. Trois pédicellaires entiers qui correspondent aux stades 2, 3 et 5 des valves dissociées ont été nettoyés à l’alcool pour des observations générales (Pl. 1.4, B). Ainsi, la mise en correspondance de la structure d’une valve avec la forme générale du pédicellaire est possible pour trois des cinq stades observés.
Au stade 1, la valve mesure 700m. Elle présente une forme générale triangulaire. Le réseau de calcite est lâche et non différencié. Au niveau de la surface articulaire, le réseau présente un début de différenciation. La partie basale présente les deux cavités d’insertion musculaire séparées par l’apophyse longitudinale. Le limbe se limite à un court prolongement de la partie basale terminée par des baguettes longitudinales de calcite. Au stade 5, la valve mesure 4.7
mm. Elle est constituée d’une partie basale carrée et un long limbe (3.4 mm) de type «baguette aplatie». La partie basale présente une apophyse longitudinale plus large et plus haute du côté proximal. En vue interne, le limbe est formé d’un réseau calcitique grossier à surface légérement concave. En vue externe, le limbe présente un réseau différencié en cannelures longitudinales et une surface convexe. L’extrémité distale est légérement courbée vers le haut en vue latérale. Les stades 2 à 4 montrent que le limbe s’allonge rapidement tandis que la partie basale s’agrandie et se différencie passant d’une forme triangulaire à une forme carrée par ajout de calcite. De petites baguettes de calcite sont observables en position distale lors de l’allongement du limbe.
Discussion
Processus de croissance
Les observations faites permettent de distinguer deux groupes de pédicellaires en fonction du processus de croissance. Le premier constitué par les PPG de Prionocidaris sp, les GPG de Goniocidaris tubaria et les PD de Stylocidaris affinis et Prionocidaris sp. ; le second constitué par les PD d’Histocidaris sp.
Dans le premier groupe, la partie basale présente les mêmes caractéristiques morphologiques et se forme toujours avant que le limbe ne se différencie. Les stades les plus précoces (Pl. 1.1, A ; Pl. 1.2, A et Pl. 1.3 ; Fig. II, A) présentent le même type de réseau calcitique non différencié ainsi qu’une ébauche de limbe constituée d’une languette de calcite courbée latéralement dont la partie proximale est refermée en forme de cône. Ainsi même si la forme générale diffère, rien ne permet de dire à ce stade ontogénétique et en l’absence des stades suivants, si le limbe va se différencier en pédicellaire globifère, gros ou petit, ou en pédicellaire denté.
Dans le deuxième groupe, la partie basale se forme également avant le limbe. Mais le réseau calcitique très épais qui constitue la valve présente une structure grossière différente de celle du groupe précédent. La différenciation finale de la structure calcitique de la valve est beaucoup moins marquée que dans le premier groupe.
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Table des matières
Introduction générale
A – Morphologie des Cidaroida
B – La classification des Cidaroida
C – Objectifs
Partie I : Les pédicellaires
A – Présentation
B – Variations morphologiques
C – Morphométrie
D – Hétérochronies de développement
Planches «Partie I»
Partie II : Ontogenèse des plaques et des piquants
A – Introduction
B – Matériel et méthode
C – Résultats
D – Discussion
E – Conclusion
Partie III : Phylogénie moléculaire
A – Matériel et méthode
B – Résultats
C – Discussion
D – Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
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