Quelques mots sur le soutien, au sujet de quelques colles sur “les tissus à fonction de soutien”. Au delà de tous les classiques que vous connaissez fort bien, je voudrais revenir sur quelques idées complémentaires sur la notion de soutien en général ; pas uniquement sur cette colle de biologie végétale.

La turgescence des cellules.

C’est bien souvent la première forme de soutien, de squelette. Une herbe privée d’eau se ramollit, se flétrit… C’est à ne pas oublier. C’est insuffisant pour des organismes de grandes tailles, mais ça peut être utile. C’est valable tant pour les animaux que pour les végétaux. Chez les végétaux, la paroi cellulosique apporte une excellente résistance à la traction et donc autorise de fortes pressions de turgescence.

Le soutien par accumulation

C’est typique des tissus cellulosiques comme le collenchyme. La cellulose offre une bonne résistance à la traction, mais pas à l’écrasement. La cellulose est une matière assez souple (on en fait des textiles…), et il est difficile d’en faire des piliers. Mais de grandes quantités de cellulose (ou de quoi que ce soit d’autre) peuvent jouer un rôle de soutien. Ainsi en va-t-il du collenchyme, peu rigide, mais à paroi suffisamment épaisse pour conférer une forme de soutien à des herbacées.

Le soutien par un matériau incompressible. 

C’est là la solution des tissus lignifiés et de nombreuses pièces rigides des animaux (coquilles et squelettes).

La lignine est un polymère complexe, avec des liaisons covalentes nombreuses et multiramifiées… c’est donc un solide assez peu déformable. De plus, cette lignine imprègne une matrice cellulosique en en remplissant tous les vides, ce qui forme une structure incompressible.

Le tissu osseux est formé de fibres collagène très organisées, l’ensemble étant imprégné de cristaux d’hydroxyapatite (phosphate de calcium) et de carbonate de calcium. Cette imprégnation donne de l’incompressibilité à l’os qui, sans cela, reste assez souple (voir les cas de rachitisme).

La nature calcaire des coquilles des mollusques répond à la même problématique.

Le soutien par une organisation géométrique particulière. 

La forme d’un tissu de soutien n’est pas innocente, au contraire. Regardez autour de vous les formes des poutres, des piliers, des poteaux. Les systèmes biologiques optimisent aussi le soutien par le recours à des formes optimales. Le plus typique est le tube. Regardez les pieds de vos tables et de vos chaises au lycée : ce sont des tubes. Cette structure offre une bonne rigidité. Avec la même quantité d’acier, on pourrait faire une tige très fine d’acier plein, mais ça ne ferait pas un bon pied de chaise. En fabriquant un tube, on obtient une bien meilleure structure. Un chaume de graminée est exactement construit sur ce principe : un tube creux, soutenu en périphérie par un cylindre de sclérenchyme. Le plus bel exemple est le bambou.

Un os long, avec sa cavité médullaire répond aux mêmes exigences, de même que tous les articles des Arthropodes.

Une autre organisation particulière est celle du “tronc” des palmiers. Ces monocotylédones (donc, grossièrement, des herbes) parviennent à s’élever en accumulant des bases foliaires. C’est une autre forme du soutien par accumulation.

Enfin, l’importance de la structure se retrouve dans ce qu’on nomme “bois de réaction”. Les troncs ne sont pas toujours verticaux, et de nombreuses branches sont obliques ! La symétrie cylindrique classique d’un tronc n’est alors peut-être pas adaptée, si l’on songe que les forces subies n’ont pas cette symétrie. Une “bascule” lors de la vie d’un arbre et ses conséquences sur l’organisation du bois permet de le démontrer : les cernes sont plus épais d’un côté que de l’autre. A noter également que les Angiospermes ne réagissent pas comme les Coniférophytes. Bois de tension chez les Angiospermes, bois de compression chez les Coniférophytes.

Lors d’un exposé sur la mise en place du membre chiridien, vous songez bien entendu à exposer trois grands axes : la régionalisation des somites, avec la différenciation en dermatome, myotome et sclérotome, puis la mise en place et la croissance du tissu osseux et enfin la différenciation des cellules musculaires.

Cependant, il y a quelques d’autres aspects que vous pourriez évoquer sans difficulté donnent plus de densité à l’exposé.

Pourquoi les Tétrapodes ont ils quatre pattes ? Et pas huit, ou douze ou quarante deux ?

La réponse à cette question est assez simple : des gènes homéotiques (de type gène Hox) définissent une information de position dans les somites et spécifient donc la formation d’un bras, ou d’une jambe, ou d’un côte, ou de rien du tout.

Chez l’oiseau : une inversion expérimentale de matériel pré-somitique de l’embryon provoque une inversion des vertèbres chez le poussin, par exemple (voir figure ci-dessus). Une transplantation ectopique de mésoderme présomitique peut aboutir à des vertèbres dans le cou produisant des côtes (figure ci-après) :

Chez le Xénope, les domaines d’expression des gènes Xhox le long de l’axe antéropostérieur montre clairement que chaque segment de l’animal est spécifié par un certain “pattern” d’expression de ces gènes.

Il est, à ce propos, intéressant de souligner cette originalité des gènes homériques d’être disposés, sur l’ADN (le long de l’axe 5′-3′) dans le même ordre que celui de leur domaine d’expression antéro-postérieur le long de l’animal  :

La signification de cette colinéarité pourrait résider dans le fait que les gènes hox s’exprimeraient séquentiellement lors du développement, au fur et à mesure du déroulement d’un ADN compacté.

 Les mains, les moufles, les palmes.

Le terme “chiridien” contient la racine chir- qui signifie “main”. Une main, avec ses doigts, est formée lors du développement d’abord comme une simple palette dans laquelle les doigts sont ensuite “sculptés” par apoptose des cellules excédentaires.

Les pattes palmées correspondent à un intermédiaire entre la main totalement “découpée” et cette structure en palette.

Retour sur les exemples à connaître au sujet de la métamorphose de la Grenouille. Les transformations qui s’opèrent lors de cette métamorphoses peuvent être considérées sous deux angles différents :

Sous l’angle de l’échelle d’observation : 

Des transformations d’organes : pattes, nageoire, poumons…

Des transformations de cellules, de tissu : remaniement des muscles, de l’intestin

Des transformations biochimiques : hémoglobine, cycle de l’urée, albumine…

Des transformations génétiques : reprogrammation du génome lors de la métamorphose avec action d’hormones sur la différenciation cellulaire.

Sous l’angle de la nature de la transformation (à l’échelle des tissus) :

Ce que l’on attend forcément de vous dans un tel sujet, c’est ce fameux (!) triptyque : Histolyse, histogenèse, remaniement.

Destruction d’une structure existante : HISTOLYSE.

Un bon exemple à donner est celui de la queue du têtard.

Le phénomène est sous contrôle hormonal. Grossièrement, l’action de T3/T4 aboutit à la production de collagénase par les cellules (enzyme hydrolysant le collagène des matrices extracellulaires).

L’affaire se fait en trois temps :

• 1. Action de la collagénase : le collagène est détruit, les cellules se dissocient
• 2. Apoptose : les cellules ayant perdu leurs repères, leurs voisines, se sacrifient par apoptose.
• 3. Nettoyage : les macrophages liquident l’ensemble en ingérant/digérant les corps apoptotiques résiduels laissés sur place.

Création d’une structure nouvelle : HISTOGENÉSE.

Ici, l’exemple est également très facile : la formation des pattes. Une patte, c’est essentiellement de l’os et du muscle : on pourra alors décliner ce que l’on sait sur la mise en place et la croissance du tissu osseux, ainsi que sur la différenciation des cellules musculaires.

Modification d’une structure existante : REMANIEMENT.

On pourra parler de la transformation de l’intestin qui accompagne le changement de régime de l’animal (têtard herbi/omnivore et grenouille carnivore).

Dans l’intestin de têtard, sous l’épithélium (voir illustration ci-dessus) des massifs de cellules souches (= cellules intersticielles) sont en quelque sorte tapies en embuscade.

Intervient alors le double mécanisme de prolifération à partir de ces cellules intersticielles à caractère embryonnaire et d’apoptose des cellules de l’ancien épithélium qui sont ensuite évacuées par voie digestive.

Ces phénomènes d’histolyse, histogenèse et remaniement doivent absolument être connus.

Un sujet très classique, bien entendu. Quelques petites idées.

Un neurone a pour métier (i) d’intégrer les informations qui lui parviennent, (ii) d’élaborer des signaux nerveux caractéristiques, des potentiels d’action, (iii) de propager ces potentiels d’action et (iv) de stimuler des cibles au moyen de synapses. Le corps cellulaire réalise les deux premières activités.

1. Le corps cellulaire détecte l’activité des synapses. Ça, c’est à cause des récepteurs aux neurotransmetteurs qu’il a. Récepteur à ACh, ou au GABA, ou d’autres. Il en résulte des PPS. Ce peuvent être des PPSE ou des PPSI, et cela dépend de la nature de la transduction effectuée par le récepteur.

2. Le corps cellulaire réalise une intégration de tous ces signaux. Le corps cellulaire collecte (merci à Maréva pour le terme) ces signaux vers le cône d’implantation, au moyen de trois modalités : (i) sommation spatiale, (ii) sommation temporelle, et (iii) propagation décrémentielle du signal. Le corps cellulaire est donc un véritable analyseur d’informations. Le résultat est un signal codé en amplitude.

3. Le cône d’implantation élabore le (ou les) potentiels d’action, résultat du travail d’intégration du corps cellulaire. Ceci se fait grâce aux canaux Na et K sensibles à la tension, abondants dans cette zone, et responsables de la naissance des PA. D’autres populations de canaux (canaux K+ précoces et canaux K+ sensibles au calcium) permettent d’assurer la TRADUCTION d’un signal codé en amplitude en un signal codé en fréquence.

Vive le corps cellulaire. Il est ‘achement fort le corps cellulaire… et tout ça, c’est essentiellement grâce à son équipement protéique membranaire : récepteurs en aval des synapses, absence de canaux sensibles à la tension dans les dendrites et le corps cellulaire, présence de ces même canaux dans le cône d’implantation, présence de canaux permettant le codage en fréquence, etc…

Il pourrait alors être intéressant d’analyser la manière dont ces protéines précises sont réparties dans la membrane : pourquoi certaines sont-elles là où elles sont et pas ailleurs ?

PS : j’ai modifié le film de la présentation sur les hormones, pour y intégrer mon petit exposé sur les récepteurs…