TP 9 - Fécondation et premières étapes du développement embryonnaire d'un ver marin tubicole: Sabellaria (hermelle)

matériel par binôme:

2 ou 3 tubes de ver (à échanger éventuellement entre les groupes selon le sexe trouvé - chaque groupe doit avoir un ver des deux sexes)
loupe binoculaire
microsocope
2 lames, 3 lamelles, 1 lame à concavité
pince fine
2 verres de montre
1 bécher d'eau de mer
3 pipettes plastique
1 chiffon

Vous disposez de plusieurs tubes contenant ou non un ver sexué. Ils ont été maintenus en vie dans un récipient d'eau de mer oxygénée à l'aide d'un bulleur d'aquarium. A la fin de la manipulation les vers devraient être en bon état (ce qui est nécessaire pour que l'autre groupe de TP puisse travailler) et pouvoir être relâchés. Cependant, ils ne sont pas capable de reconstituer leur tube calcaire et ne feraient que servir de nourriture à un quelconque prédateur. Nous limiterons donc notre étude funeste étude à quelques spécimens sacrifiés.

Le TP se déroule en 4 temps:

extraction des animaux de leur tube et observation à la loupe binoculaire - reconnaissance rapide de la morphologie et des symétries
préparation microscopique des produits génitaux - observation
réalisation d'une fécondation sous le microscope
poursuite et fin des observations à la loupe binoculaire; dessin d'observation de la fécondation et remplissage du tableau de comparaison des gamètes; pousuite des observations des premières étapes du développement.

1ère étape
Cassez le tube en deux et extrayez l'animal délicatement. Vous pouvez vous aider d'une pince fine pour casser le tube mais sans toucher l'animal.

Sabellaria est un genre d'Annelide polychète (ver marin annelé (avec des anneaux) comme les gros vers de vase bien connus des pêcheurs: les arénicoles; et pourvu de soies). Elle vit dans un tube (on dit qu'elle est tubicole) formé de grains de sable agglomérés par de la matière organique.

Comme de nombreux Polychètes Sabellaria présente des différences de morphologie selon les régions de son corps:

* la région antérieure, avec la tête possède un bouquet de tentacules nourriciers autour de la bouche;

* la région intermédiaire, la plus longue, est très segmentée et comporte de nombreuses expansions latérales (sur les côtés) fines et musclées: les parapodes ; cette partie intermédiaire porte de nombreuses soies dont les plus épaisses et sombres sont des soies locomotrices disposées par paires sur la face ventrale de l'animal.

* une région terminale postérieure mince, non annelée et dépourvue de parapodes.

Sabellaria vit en milieu agité presque toujours recouvert par la mer sauf aux grandes marées ou marées de vives-eaux (c'est la zone infra-littorale). Elle se fixe, lorsqu'elle n'est encore qu'une larve, sur les rochers au voisinage d'une plage sableuse, et forme une colonie de plusieurs milliers d'individus.

Pourquoi Sabellaria a-t-elle besoin de sable ?

2ème étape:
Les Sabellaria sont des vers filtreurs qui se nourrissent principalement des diatomées qui sont de petits unicellulaires du plancton marin.
Lorsque les vers ont été placés dans les verres de montre, le stress a suffit à leur faire émettre leurs produits génitaux (cellules sexuelles mûres produites par les glandes génitales ou gonades). Nommez ces produits génitaux d'une façon générale et donnez le nom des produits mâles et ceux des produits femelles.

produits génitaux

cellules mâles

cellules femelles

Chaque membre du binôme récolte SÉPARÉMENT à l'aide de sa pipette en plastique un goutte d'eau de mer contenant les produits génitaux de son ver qu'il dépose sur une lame de verre et recouvre d'une lamelle.
Observez au microscope.
Attention ! L'un d'entre vous aura nettement plus de difficultés à observer les cellules sexuelles qui sont TRÈS PETITES. N'oubliez jamais que la mise au point d'un microscope se fait toujours en augmentant la distance objet-objectif mais jamais en la diminuant. Echangez vos observations.

3ème étape:
Vous réaliserez une fécondation sous le microscope. Pour cela mélangez dans la cupule d'une lame à concavité deux gouttes d'eau de mer contenant chacune les produits génitaux de l'un des sexes. Ajoutez de l'eau de mer éventuellement pour que la cupule soit pleine (l'eau de mer doit formée un grosse goutte bombée mais ne DOIT PAS s'écouler sur les côtés de la lame. Le plus difficile maintenant réside dans le placement de la lamelle afin de chasser toute bulle d'air. Placez-là d'abord sur le côté puis faites-la glisser jusqu'à ce qu'elle recouvre toute la cupule. Si une bulle d'air apparaît, faites glissez la lamelle en arrière, ajouter une toute petite goutte d'eau de mer et refermez. Les meilleures préparations seront lutées au vernis à ongle pour éviter l'évaporation.
Observez. Utilisez un grossissement moyen pour observez plusieurs fécondations simultanément. Pendant ce temps, tout en surveillant la fécondation et les premières divisions, réalisez la 4ème étape.

4ème étape
Répartissez-vous le travail au sein du binôme pour finir les observations à la loupe binoculaire, remplir le tableau de comparaison des gamètes ci-dessous et réaliser un petit dessin d'observation de la fécondation. N'oubliez pas d'observer les premières étapes du développement.

caractère	cellules sexuelles femelles =	cellules sexuelles mâles =	dessin d'observation de la fécondation
NOMBRE de cellules
TAILLE des cellules
MOBILITÉ des cellules
FORME des cellules
COULEUR des cellules

Remarques:
* Pour quelques données expérimentales sur la fécondation de l'hermelle, voir sur la page sur la reproduction du site iufm associé
* les photos ci-dessous sont extraites du site de l'INRP: http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/SiteSabellaria/Sabelbm.htm: microscopie optique);

Quelques données sont issues de "Larves et métamorphoses", J.J. Bouhniol, puf, 1980, p 98-101; "Embryologie", Charles Houillon, Hermann, 1967, p 15-27.

fécondation v
pénétration d'un spermatozoïde dans l'ovocyte (seul le noyau du spermatozoïde pénètre) zygote v segmentation spirale:
chez les Spiralia (Mollusques lamellibranches et gastéropodes, Annelides...) la segmentation (première étape de la formation de l'embryon qui comprend principalement des divisions) est totale (touche la totalité du zygote), inégale (les cellules issues des divisions successives n'ont pas le même volume: il y en a de petites (micromères) et des grandes (macromères) ) et spirale (les plans de division sont obliques par rapport à l'axe de l'œuf passant par les deux pôles: animal et végétatif).

^ spermatozoïdes

1
2
3
4
5

v ovocyte avec un gros noyau (appelé vésicule germinative) et entouré d'une membrane (vitelline)

^ l'enveloppe du noyau se rompt et la membrane vitelline se soulève et devient membrane de fécondation, empêchant un deuxième spermatozoïde de pénétrer ^le noyau de l'ovocyte fécondé finit sa maturation (expulse deux petites cellules contenant de l'ADN : les globules polaires) à un pôle: le pôle animal; le zygote ou cellule œuf fécondée contient l'information génétique d'un spermatozoïde et celle de l'ovocyte mûr (ovule); son cytoplasme forme un dôme à la base: le lobe polaire, au pôle dit végétatif. ^ début de la première division (2h après la fécondation): un sillon apparaît (sur le côté gauche de la photo) entre le lobe polaire et le pôle animal et se propage vers le pôle animal ^ fin de la première division: le lobe polaire n'est quasiment plus visible; on a un embryon au stade 2 cellules (inégales)
^ milieu de la deuxième division:; embryon au stade 3 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; c'est la petite cellule de gauche qui se divise en deux cellules.

larve trochophore : des bandes ciliées (troches) et des flagelles (dirigés vers l'avant de la larve) lui permettent de se déplacer (nage active) à la recherche de sa nourriture (microphage); c'est une larve non segmentée mais pourvue d'un tube digestif (bouche et anus), d'un appareil excréteur, d'un système nerveux, de fibres musculaires, des organes des sens (notamment des statocystes lui permettant de repérer sa position par rapport à la verticale)... v

très jeune gastrula (une centaine de cellules); on notera les grandes cellules du pôle végétatif qui petit à petit vont se retrouver à l'intérieur de la gastrula, les petites cellules venant les recouvrir; v

fin de la troisième division; embryon au stade 8 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; chacune des cellules s'est divisée en deux cellules: les grandes vers le pôle végétatif, les petites vers le pôle animal v

fin de la deuxième division; embryon au stade 4 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; c'est la grande cellule de droite qui se divise en deux cellules v

9
8
7
6

La morphogenèse, acquisition de la forme de l'organisme, est commencée dès la gastrulation, mais on utilise plus précisément le terme d'organogenèse pour désigner la mise en place des organes à partir des tissus différenciés.

La gastrulation conduit par des divisions et des déplacements à la mise en place des feuillets embryonnaires: deux feuillets chez les diblastiques et trois feuillets chez les triblastiques

La segmentation conduit, à partir du zygote et grâce à des divisions (mitoses), à un massif de cellules (blastula) souvent creusé par une cavité (blastocœle). Dans le cas des annélides il n'y a pas de cavité visible (blastocœle virtuel)

La larve trochophore pélagique (vit dans les eaux de surface) commence une métamorphose progressive pour atteindre la forme d'un vers allongé dont les segments sont différenciés. Elle passe progressivement de la forme pélagique à une forme benthique (qui rampe sur le fond à la recherche d'une colonie déjà existante si possible pour s'y adjoindre). Une fois fixée dans un environnement favorable elle sécrète son tube protéique agglomérant des grains de sable en suspension et atteint ensuite la maturité sexuelle.

Quelques éléments d'interprétation très schématiques à partir des photos du tableau ci-dessus

	fécondation v pénétration d'un spermatozoïde dans l'ovocyte (seul le noyau du spermatozoïde pénètre)	zygote v	segmentation spirale: chez les Spiralia (Mollusques lamellibranches et gastéropodes, Annelides...) la segmentation (première étape de la formation de l'embryon qui comprend principalement des divisions) est totale (touche la totalité du zygote), inégale (les cellules issues des divisions successives n'ont pas le même volume: il y en a de petites (micromères) et des grandes (macromères) ) et spirale (les plans de division sont obliques par rapport à l'axe de l'œuf passant par les deux pôles: animal et végétatif).
^ spermatozoïdes	1	2	3	4	5
v ovocyte avec un gros noyau (appelé vésicule germinative) et entouré d'une membrane (vitelline)
	^ l'enveloppe du noyau se rompt et la membrane vitelline se soulève et devient membrane de fécondation, empêchant un deuxième spermatozoïde de pénétrer	^le noyau de l'ovocyte fécondé finit sa maturation (expulse deux petites cellules contenant de l'ADN : les globules polaires) à un pôle: le pôle animal; le zygote ou cellule œuf fécondée contient l'information génétique d'un spermatozoïde et celle de l'ovocyte mûr (ovule); son cytoplasme forme un dôme à la base: le lobe polaire, au pôle dit végétatif.	^ début de la première division (2h après la fécondation): un sillon apparaît (sur le côté gauche de la photo) entre le lobe polaire et le pôle animal et se propage vers le pôle animal	^ fin de la première division: le lobe polaire n'est quasiment plus visible; on a un embryon au stade 2 cellules (inégales)	^ milieu de la deuxième division:; embryon au stade 3 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; c'est la petite cellule de gauche qui se divise en deux cellules.
larve trochophore : des bandes ciliées (troches) et des flagelles (dirigés vers l'avant de la larve) lui permettent de se déplacer (nage active) à la recherche de sa nourriture (microphage); c'est une larve non segmentée mais pourvue d'un tube digestif (bouche et anus), d'un appareil excréteur, d'un système nerveux, de fibres musculaires, des organes des sens (notamment des statocystes lui permettant de repérer sa position par rapport à la verticale)... v			très jeune gastrula (une centaine de cellules); on notera les grandes cellules du pôle végétatif qui petit à petit vont se retrouver à l'intérieur de la gastrula, les petites cellules venant les recouvrir; v	fin de la troisième division; embryon au stade 8 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; chacune des cellules s'est divisée en deux cellules: les grandes vers le pôle végétatif, les petites vers le pôle animal v	fin de la deuxième division; embryon au stade 4 cellules (inégales) - le pôle animal est toujours situé vers le haut; c'est la grande cellule de droite qui se divise en deux cellules v
9			8	7	6
La morphogenèse, acquisition de la forme de l'organisme, est commencée dès la gastrulation, mais on utilise plus précisément le terme d'organogenèse pour désigner la mise en place des organes à partir des tissus différenciés.			La gastrulation conduit par des divisions et des déplacements à la mise en place des feuillets embryonnaires: deux feuillets chez les diblastiques et trois feuillets chez les triblastiques	La segmentation conduit, à partir du zygote et grâce à des divisions (mitoses), à un massif de cellules (blastula) souvent creusé par une cavité (blastocœle). Dans le cas des annélides il n'y a pas de cavité visible (blastocœle virtuel)
La larve trochophore pélagique (vit dans les eaux de surface) commence une métamorphose progressive pour atteindre la forme d'un vers allongé dont les segments sont différenciés. Elle passe progressivement de la forme pélagique à une forme benthique (qui rampe sur le fond à la recherche d'une colonie déjà existante si possible pour s'y adjoindre). Une fois fixée dans un environnement favorable elle sécrète son tube protéique agglomérant des grains de sable en suspension et atteint ensuite la maturité sexuelle.