Etude Comparée d'Organes photorécepteurs de Sabellidae (Annélides Polychètes)

JOURNAL OF ULTRASTRUCTURE RESEARCH 53 , 1 6 4 - 1 7 9 (1975)

Etude Compar~e d'Organes photor~cepteurs de Sabellidae (Ann~lides Polych~tes) ~

ARMELLE KERNELS

Laboratoire de Zoologie, Universit6 Paris VI, 4 place Jussieu 75230 Paris Cedex 05, France

Received December 10, 1974, and in revised form, June 30, 1975

L'6tude compar6e de l'ultrastructure des photor6cepteurs du panache de quelques Sabellidae r~vi~le une uniformit6 fondamentale dans la nature des organites photosensibles: sacs lamellaires qui sont des modifications de membranes ciliaires. Au contraire, on observe une diversification tr~s grande des lentilles, notamment en ce qui concerne leur localisation, leur forme, et leur structure.

A comparative study of the ultrastructure of the photoreceptors on the branchial crowns of several species of sabellid polychaetes reveals a fundamental similarity in the nature of the photo- sensory organelles, namely, lamellar sacs which are modifications of ciliary membranes. On the contrary, there is a great diversity in the position, shape, and structure of the lenses of these" sabellids.

Dans la famille des Sabellidae, certaines esp6ces poss6dent des taches oculaires situ6es a l'extr&mit6 ou le long de plusieurs fi laments du panache branchial. Ces taches sont compos6es d'unit&s visuelles nombreuses h disposition rayonn6e: Les cellules photor&ceptrices, surmont&es de lentilles, sont s6par6es les unes des autres par des cellules pigmentaires de soutien.

L'ultrastructure de ces photor&cepteurs a 6t6 6tudi6e chez Branchiomma vesiculosum par Krasne et Lawrence (18) et chez Dasychone bombyx et Potamilla reniformis par Kern6is (15, I6).

Chez ces trois esp6ces, les structures photosensibles sont repr6sent6es, dans la partie apicale de la cellule sensorielle, par des sacs d'origine ciliaire, entass6s les uns sur les autres. La partie proximale de la cellule se prolonge en un axone. Chez les Ann61ides Polych6tes, ces photor6cepteurs, appartenant au type ciliaire, d6fini par Eakin (6, 7), sont des exceptions comme l'est aussi le photor6cepteur du cerveau de Nereis pelagica d6crit par Dhainaut-Cour- tois (4). Ils s'opposent aux photor6cepteurs

Ce travail a pu 6tre effectu6 grace ~ une subven- tion (10292) accord6e par l 'United States Public Health Service au Professeur Richard M. Eakin,

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de type rhabdom6rique, habituellement rencontr6s chez les Polych~tes, od les structures photosensibles naissent directement h partir de la membrane plasmique cellulaire, ind6pendamment de tout cil. Ace type appartiennent les photor6cepteurs c6- r6braux de divers Nereidae: Eakin et West- fall (9), Fischer et BrSkelmann (10), Dor- sett et Hyde (5); certains photor&cepteurs c6r&braux de Syllidae: Bocquet et Dhai- naut-Courtois (1), d'Ophelidae: Hermans et Cloney (•3); les yeux d'un Alciopidae: Hermans et Eakin (•4); les ocelles segmen- taires d'un Ophelidae: Hermans (12). Les cellules d'allure photor6ceptrice d&crites dans le ganglion de Glycera par Mana- ranche (20) sont d'un type diff&rent des deux pr6c&dents.

De plus, chex les trois esp~ces de Sabel- lidae qui ont &t& &tudi6es jusqu'h pr&sent, on rencontre des lentilles, h localisation et structure diff6rentes: Intracellulaire chez Branchiomma vesiculosum, la lentille est extracellulaire chez les deux autres es- p~ces. Par ailleurs, les granules qui les constituent sont de taille variable selon les esp~ces.

Lors d'un s&jour sur la c6te ouest des Etats-Unis, nous avons pu r&colter d'autres

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ORGANES PHOTORECEPTEURS DE SABELLIDAE 165

esp~ces de Sabellidae pourvues de taches oculaires dont la r~partition sur le panache a ~t~ d~crite par Hartman (11) et Light et al. (19). I! nous a paru int~ressant de comparer, au niveau ultrastructural, leurs formations visuelles ~ celles des trois es- p~ces pr~cit~es, afin d'acqu~rir une idle plus g~n~rale sur les photor~cepteurs du panache des Sabellidae. Par ailleurs, 1'~- tude histochimique d'un type de lentille a ~t~ entreprise sur les photor~cepteurs de Dasychone bombyx et surtout Dasychone lucullana.

MATERIEL ET METHODES

L'~tude ultrastructurale des photor~cepteurs a port~ sur quatre esp~ces de Sabellidae vivant dans la zone intertidale au nord de San Francisco: Eudistylia vancouveri Kinberg 1867, Schizobranchia insignis Bush 1904, et PseudopotamiUa ocellata Moore 1905, ont ~t~ r~colt~es en grand nombre dans le port de Bodega Bay (fix~es ~ l'int~rieur de vieux pneus qui servent de butoirs aux bateaux, le long des quais d'embarquement); la quatri~me esp~ce, SabeUa crassicornis Sars 1851, a ~t~ trouv~e dans les fissures de rochers ~ Shell Beach, au nord du Laboratoire de Bo- dega. ~ D'autre part, les deux esp~ces Dasychone bombyx et D. lucullana, r~colt~es en vue d'une ~tude histochimique, proviennent de la zone intertidale de la r~gion de Roscoff (Finist~re, France}.

Plusieurs fixateurs, tous ~ base de glutarald~hyde (Polysciences), suivis de postosmification, ont ~t~ ex- p~riment~s, les variations portant sur diff~rents tam- pons (Veronal-ac~tate, tampon phosphate de S~Sren- sen, cacodylate de Na) et sur la mani~re de r~tablir l'osmolarit~ adequate (par le sucrose ou par le chlo- rure de Na). Voice la technique qui nos a paru la plus satisfaisante: Les ~chantillons ont ~t~ fixes au glutar- aldehyde h 2% final dans un tampon cacodylate de Na additionn~ de C1Na (] heure h la temperature du laboratoire). Les pi~ces ont ~t~ rinc~es dans un liquide de lavage h base de cacodylate de Na et de C1Na pendant une heure, puis soumises h une postfixation dans une solution de tetroxyde d'osmium ~ 1% final dans le tampon cacodylate additionn~ de C1Na (une heure h 0°C). L'osmolarit~ th~orique ainsi obtenue dans ces diff~rentes solutions, de l'ordre de 1200 h 1300 mOsM, fut contrSl~e par mesure directe sur un

2 Cette rOcolte a pu ~tre r~alis~e grace h l'amabilit~ du Professeur R. Smith qui a organis~ une sortie sur le terrain, au Laboratoire maritime de Bodega. Je suis reconnaissante h la regrett~e Dr. O Hartman qui a bien voulu v~rifier la d~termination des esp~ces r~colt~es.

osmom~tre. La d~shydratation fut suivie, apr~s un court passage par l'oxyde de propyl~ne, par une incul- sion ~ l'Epon. Les coupes ont ~t~ faites sur micro- tomes LKB et Reichert OMU 2, contrast~es par l'ac~tate d'uranyle et citrate de plomb selon la m~- thode de Reynolds (23) et observ~es sur des micro- scopes RCA EMU 3 G et Hitachi HUII A.

En microscopie photonique, la recherche des poly- saccharides a ~t~ effectu~e en utilisant la r~action l'acide periodique-Schiff (selon McManus) et la m~thode au bleu alcian ~ pH 0,5. La d~tection des prot~ines a 6t~ pratiqu~e par les m~thodes de Ch~- vremont et Frederic et de Barnett et Seligman au DDD (recherche des groupes SH) ainsi que par celle de Morel et Sisley, variante de Lillie (recherche de la thyrosine). Pour l'application de toutes ces m~thodes, nous avons consult~ le manuel d'histologie de Mar- toja et Martoja (21).

En microscopie 61ectronique, la technique ~ l'acide periodique-TCH-prot6inate d'argent selon Thi~ry (24) a 6t~ pratiqu6e sur des coupes mont~es sur des grilles en or. Deux essais de fixateurs ont ~t6 fairs: glutarald~hyde-acide-osmique-tampon cacodylate de Na et acide osmique-tampon Palade. Les temps de s~jour dans la TCH, pour les sujets exp~rimentaux comme pour les t~moins, ~taient de 2 heures et de 48 heures.

Enfin, une digestion enzymatique a ~t~ pratiqu~e sur Dasychone lucuUana (Delle Chiaje) selon la technique suivante: Les pi~ces ont ~t~ fix~es dans du glutarald~hyde ~ 2% dans un tampon ca~odylate de Na 0, 2M, pH 7,2 (dont l'osmolarit~ ~tait ramen~e ~ 1075 mOsM par une solution de C1Na /~ 5,5%) pendant deux heures puis rinc~es dans le tampon pendant 12 heures. La digestion enzymatique a ~t~ ensuite pratiqu~e ~ 35°C dans une solution/~ 5% d'amylase dans du tampon (alpha amylase bact~rienne, Calbiochem, activitY: 5.000 unit,s/g). La dur~e de la digestion a vari~ de 2 h 6 heures. Des t~moins, dans le m~me temps, ~taient incubus dans du tampon seul, sans amylase, dans une ~tuve h 35°C. Pour confirmation, une amylase de marque diff~rente (Sigma, type IIa) a ~t~ utilis~e.

Les observations au microscope ~lectronique ont ~t~ faites dans les deux laboratoires suivants: De- partment of Zoology, University of California, Berke- ley, California, et Laboratoire de Microscopie Electro- nique appliqu~e h la Biologie, CNRS, Paris, France.

OBSERVATIONS

I. Eudistylia vancouveri

Chaque "unit~ visuelle" comprend une cellule photor~ceptrice surmont~e d'une lentille elle-mSme recouverte par une fine cuticule ne pr~sentant aucune diff~rencia- tion particuli~re h son contact (Fig. 1).

FIG. 1. Eudistylia vancouveri: reconstitution, A partir de plusieurs micrographies, d'une partie de la tache oculaire. Des cellules pigmentaires (C PI) dont on voit les noyaux (n C PI) et les grains (g p) entourent les cellules photor~ceptrices (C PH) o/1 l'on peut distinguer trois parties: une partie proximale qui contient le noyau (n C PH), une partie moyenne A sacs lamellaires (slam) et une pattie distale tr~s riche en mitochondries (mi) s~par~es de la membrane cellulaire par un espace clair (*). La lentille (1), extracellulaire, est en communication avec la cuticule (cut). × 5800.

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Cuticule et lentille. La cuticule, ~paisse de 2" #m environ, pr~sente deux parties distinctes, l 'une fine, superficielle ou ~pi- cuticule, l 'autre interne formant les 90% de l 'ensemble: celle-ci est plutSt granuleuse dans sa partie distale et tr~s finement fibrillaire dans sa partie proximale. Toute l '~paisseur de la cuticule est travers~e par des prolongements cytoplasmiques ou microvilli des cellules sous- jacentes (Fig. 3).

La lentille a une forme en poire dont l 'apex, effil~ en goulot, est en continuit~ avec la cuticule. De s t ructure compacte, elle est assez dense aux ~lectrons et appara~t comme une enclave extracellulaire ench~ss~e dans la cellule photor~- ceptrice qui l 'enveloppe presque complete- ment (Fig. 1). Celle-ci pr6sente, tout autour de la lentille, une membrane festonn~e de courts microvilli (Figs. 3 et 5). Dans sa part ie distale et sur ses bords, la lentille devient moins compacte, la part ie dense aux ~lectrons formant une t rame cribl~e laissant appara?tre la substance de fond, plus claire.

Cellule photor~ceptrice. On peut distinguer trois r~gions dans la cellule photor~- ceptr ice: (1) La r~gion d is ta le est caract~ris~e par de tr~s nombreuses mitochondries, agglom~r~es en un manchon autour du goulot de la lentille. On observe une zone cytoplasmique claire entre le manchon des mitochondries et la mere- brahe plasmique (Fig. 1). (2) Dans la r~gion moyenne, qui fait suite, se s i tuent des lamelles empil~es les unes sur les autres ou enroul~es; elles naissent respec- t ivement ~ par t i r d 'une membrane ciliaire allong~e et modifi~e en un sac aplati dont l ' int~rieur est dans le prolongement du cin~tosome ou corpuscule basal et des tu- bules qui en d~pendent (Fig. 2). La cellule photor~ceptrice est ainsi creus~e d 'une cavit~ dans laquelle elle projet te des cils modifies en expansions lamellaires. Le cy-

toplasme environnant semble tr~s riche en ribosomes. (3) Enfin, la part ie proximale de la cellule contient un noyau allong~ et se prolonge en une zone ~troite off l 'abondance de neurotubules permet de penser qu'elle a la valeur d 'axone (Fig. 4). Aucun grain pigmentaire n 'es t visible dans le cytoplasme de la cellule photor~ceptrice.

CeUules de soutien. Les cellules de soutien, situ~es entre les cellules visuelles, sont de forme allong~e et leur cytoplasme est uniform~ment rempli de grains pigmentaires (m~lanine?) de 0,5 #m de diam~tre environ (Fig. 1).

II. Pseudopotamilla ocellata et Schizo- branchia insignis

Ces d~ux esp~ces ne pr~sentent gu~re d'originalit~ ul t ras t ructura le par rappor t la pr~c~dente. Les commenta i res des illus- t rat ions seront donc brefs et group,s en un seul paragraphe.

La disposition des principales s t ructures cons t i tuant la tache oculaire compos~e est la m~me que chez Eudistylia vancouveri.

Lentille. Elle est de s t ructure compacte et la taille des ~l~ments la cons t i tuant est difficile ~ ~valuer tan t ils sont fins (Figs. 6, 9, et 10). Les bords et la pat t ie distale de la lentille apparaissent cribl~s d'espaces plus clairs, bien visibles sur des coupes d 'or ientat ion diff~rente (Figs. 6, 7, et 9) tandis que la partie proximale est dense. D'autres plans de coupes non pr~sent~s ici mont ren t la communicat ion entre la lentille et la cuticule, non modifi~e son contact.

CelluIe photor~ceptrice. Comme chez Eudistylia, on peut noter une grande a b o n d a n c e de mi tochondr i e s tou jours groupies pr inc ipa lement au sommet de la lentille et, en moins grand nombre, au tour de celle-ci (Figs. 6, 7, et 10); les formations lamel la i res pr~sum~es pho to r~cep t r i ces semblent aussi se former ~ par t i r des mere- branes plasmiques des nombreux cils qui

FIG. 2. E. vancouveri: d~tail des sacs lamellaires (slam) dont on voit la naissance ~ partir de membranes ciliaires (m c). Cin~tosome ou corpuscule basal (c b). × 62 000.

FIG. 3. E. vancouveri: communication entre la lentille (1) et la cuticule (cut) par un goulot ~troit (co). Noter les nombreuses mitochondries (mi) et les microvilli (my) de la cellule photor~ceptrice (C PH) bordant la lentille dont la trame (t) p~riph~rique est bien visible. Vers le bas de la micrographie, la coupe est tangentielle ~ la lentille et les microvilli coup~s transversalement. Microvillosit~s ou prolongements cytoplasmiques des cellules sous-jacentes ~ la cuticule: p cyt. × 26 000.

FIC,. 4. E. vancouveri: la cellule photor~ceptrice (C PH) contient dans sa partie proximale des ribosomes (ri)

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bordent la cavit+ interne de la cellule visuelle (Figs. 8 et 11).

III. Sabella crassicornis

Chez cette esp~ce, la disposition des principaux ~l~ments const i tuant l 'unit~ visuelle diff~re des pr~c~dentes.

LentiUe. La lentille est de forme ovale et en continuit+ avec une cuticule peu dense aux ~lectrons (Fig. 12). Cont ra i rement aux lentilles des espbces pr~c~dentes, il est possible d 'en dist inguer ne t t emen t la nature granuleuse: Les grains qui la consti tuent, r~partis uniform~ment dans toute son ~paisseur, ont un diam~tre moyen de 300 400 ,~ (Figs. 15 et 17).

La lentille est, sur son pourtour et surtout dans sa pat t ie proximale, travers~e par de nombreux microvilli provenant des cellules pigmentaires bordantes. Ces microvilli ne sont pas courts comme chez les esp~ces pr~cit~es mais allong~s, a t te ignant 1 ~ 1,2 t~m de longueur, avec un diam~tre de 140 nm environ (Figs. 15 et 17).

Cellule photorbceptrice. La cellule photor~ceptrice est situ~e exclusivement sous la lentille sans envelopper celle-ci (Fig. 12). En forme de coupe ~ double paroi, elle d~limite une cavitY, ouverte dis talement , dans laquelle elle projette des cils modifies en sacs lamellaires (Fig. 14). Le corps cellulaire se prolonge en une r~gion proximale plus ~troite tr~s riche en ribosomes, r~ticulum endoplasmique, et mitochondries au milieu desquels se trouve le noyau (Fig. 16). Dans le prolongement le plus interne de la cellule, non visible sur les micrographies pr~sent~es, des neurotubules se m~lent aux mitochondries. Ent re les sacs lamellaires et la membrane plasmique de la cellule photor~ceptrice, on observe la presence de granules sembla-

bles, par leur taille et leur aspect, h ceux de la lentille. Cet amas granulaire, en forme de cupule, tapisse le fond de la coupe cellulaire, sur 0,5 #m d'~paisseur environ (Fig. 13).

IV. Dasychone lucuUana

Tr~s semblable, ~ quelques d~tails pros, celle de Sabella crassicornis, la tache

oculaire de Dasychone lucuUana re t ient ici notre a t ten t ion ~ cause de sa lentille ~gale- ment granuleuse. L'+tude de ce type de lenti l le , commenc+e chez Dasychone bombyx (15), poursuivie chez Dasychone lucullana (I7) par des m~thodes histo- chimiques et enzymatiques, a +t~ ici appro- fondie.

Rappelons que la taille des granules est de l 'ordre de 250 ~ 300 ,~ de diam~tre et leur colora t ion , assez dense, a p r ~ s double t ra i t ement ~ l 'ac+tate d 'uranyle et au citrate de plomb (plus claire, toutefois que celle des ribosomes) (Fig. 18). Parfois, ils se pr~sentent en cha~nette. Enfin, la lentille rbagit posi t ivement h la coloration ~ I 'APS (apr~s oxydat ion h l 'acide periodique selon McManus) . Ces premieres donn~es nous ont sugg+r+ que les granules pouvaient ~tre du glycog~ne. Une digestion enzymat ique a donc ~t~ tent+e.

Quelques t ravaux, dont ceux de Coimbra (3) ont c la i rement d~montr+ la digestion par l 'amylase des particules a lpha et b~ta du glycog~ne dans des tissus varies. L'action de cet te enzyme sur la lentille de Dasychone lucullana a donn~ les r~sultats suivants:

T+moins. Sujets incubus ~ 35 ° d a n s le t ampon sans amylase, pendan t 6 heures (Fig. 19). Darts la lentille, on retrouve les granules r+partis de mani~re r6guli~re et appa remmen t trbs semblables ~ ceux d 'une

situ+s sous les sacs lamellaires (slam) et se prolonge entre les cellules pigmentaires (C PI) en un axone riche en neurotubules (nt). × 30 000.

Fro. 5. E. vancouveri: d~tail des microvilli (mv) de la cellule photor~ceptrice au niveau du goulot de la lentille (1). Les petites fl~ches indiquent certains endroits ofa la trame (t) coiffe nettement les microvilli plus denses ~ leur extr~mitb. Au niveau de la grosse fl~che la trame semble s'~tre ~coul~e A partir d'un de ces microvilli. × 63 000.

cut ,

Fro. 6. PseudopotamiUa ocellata: coupe longitudinale d'une unitg visuelle de la tache oculaire. La cellule photor~ceptrice (C PH), entour~e de cellules pigmentaires (C PI), contient les sacs lamellaires (slam) dans sa partie moyenne et de nombreuses mitochondries (mi) dans sa pattie distale. La lentille (1) est ench~ss~e dans la cellule. Le plan de la coupe ne passe pas par son goulot de communication avec la cuticule (cut). x 6800.

Fro. 7. P. oceUata: coupe tangentielle au niveau de l'apex de la lentille (1) bord~e par les microvilli (my) de la cellule photor~ceptrice (C PH) riche en mitochondries (mi) /~ ce niveau. × 11 000.

FIG. 8. P. ocellata: naissance des sacs lamellaires (s lain) h partir de membranes cilliaires. Quatre corpuscules basaux (c b) sont visibles en coupe transversale sur ce cliche. × 66 000.

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lentille n 'ayant subi aucun traitement. Les microvilli venant des cellules voisines et traversant la cuticule et la lentille sont un peu.altbr~s de mSme que certains grains pigmentaires.

Sujets soumis & l'action de l'amylase, & 35 °, pendant 2 heures (Fig. 20). Les granules sont r~tractbs au centre de la lentille, agglutin~s en paquet.

Sujets soumis & l'action de l'amylase, & 35 °, pendant 6 heures (Fig. 2I). La digestion est complete: L'emplacement de la lentille n'est plus marqu~ que par la bor- dure, un peu altbr~e d'ailleurs, des microvilli des cellules voisines.

Tout ceci porte/: croire que les granules visibles sur les micrographies blectroniques sont des particules de glycog~ne. Mais encore faut-il apporter des restrictions car, si l'essai de deux alpha-amylases de marques diff~rentes a donn~ des r~sultats tout / : fait concordants, la confirmation de l'existence du glycogbne par d'autres techniques que la digestion enzymatique, n'a pas ~tb satisfaisante. En particulier, l'action du prot~inate d'argent aprbs passage de 2 ~ 48 heures des pibces dans la thiocar- bohydrazine, selon Thi~ry (24), n'a pas donn~, jusqu'~ prbsent, de rbsultats sig- nificatifs.

Par ailleurs, en microscopie optique, on a pu mettre en ~vidence dans la lentille de Dasychone lucullana et D. bombyx, des groupements prot~iques, notamment de la cyst~ine (radical SH r~vbl~ par la r~action du DDD) et de la tyrosine (r~vbl~e par la mbthode de Morel et Sisley), mais pas de mucopolysaccharides acides (m~thode du bleu alcian ~ pH 0,5).

DISCUSSION

Disposition respective des klbments con- stituant l'Organe photorbcepteur et Champ de Vision

A peu de choses prbs, on retrouve, chez tousles Sabellidae ~tudi~s, la m~me disposition des ~l~ments essentiels ~ la r~alisa- tion d'une tache oculaire.

Chaque cellule photor~ceptrice est tou- jours situ~e sous une formation r~fringente, appel~e lentille, elle-m~me situ~e sous la cuticule fine (1/: 2 #m), non modifi~e/: son contact.

Les cellules photor~ceptrices, en hombre variable selon les esp~ces (pouvant aller jusqu'~ 80 chez Branchiomma vesiculosum), sont group6es d'une mani~re rayonnante. Chaque cellule visuelle est s~par~e de ses semblables par des cellules pigmentaires. Parfois, une seule cellule pigmentaire peut former un manchon autour de la cellule photor~ceptrice (D bombyx et D. lucuIlana).

On peut avoir une idle du champ de vision de ces taches oculaires compos~es en mesurant l'angle d'ouverture des sortes d'6ventails form's par l'ensemble des cellules photor~ceptrices. Le champ de vision varie avec les esp~ces: faible lorsque la tache fait peu saillie ~ la surface de fila- ment branchial (Sabella crassicornis, Da- sychone bombyx o5 l'angle est d'environ 90°), grand au contraire lorsqu'elle forme une bosse tr~s en relief sur celui-ci (Pota- milla reniformis: 180°; Branchiomma vesiculosum: jusqu'~ 300°). En ce qui concerne Branchiomma, ce grand champ de vision peut expliquer, en partie, la grande sensibilit~ de cette esp~ce aux ombres port~es ~tudi~e par Nicol (22).

Origine ciliaire des Structures photor~ceptrices

Eakin (1963) a d~crit deux types de photor~cepteurs, ciliaire ou rhabdom~- rique, y voyant des indices possibles, bien que contestables, des rapports phylog~n6- tiques existant entre les diff~rents em- branchements du r~gne animal. L'hypoth~se avanc~e ~tait ~tay~e par de nombreux exemples appartenant aux Protos- tomiens pour le type rhabdombrique et aux Deut~rostomiens pour le type ciliaire.

Chez les Sabellidae, dans tous les cas ~tudi~s, le pigment photosensible est supposb se trouver au niveau des sacs

Fla. 9. Schizobranchia insignis: coupe oblique d'une unit~ visuelle montrant la lentille (1) et la cellule photor~ceptrice (C PH) contenant des mitochondries (mi) et les sacs lamellaires (s lam) d'origine ciliaire. Corpuscule basal (c b). Cellule pigmentaire (C PI). × 11 000.

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lamellaires entass6s plus ou moins r6- guli6rement les uns au-dessus des autres. Or ceux-ci sont d'origine ciliaire. Krasne et Lawrence (18) ont 6t6 les premiers auteurs

met t re en 6vidence cet te format ion chez les Sabellidae. Depuis, nos recherches ont montr~ que la presence de tels sacs lamellaires est un caract~re g6n6ral de la famille, du moins pour les taches oeulaires du panache. Les photor6cepteurs branehiaux des Sabell idae sont done une exception fi la th6orie de Eakin.

Par ailleurs, la r6gularit6 xte l 'empile- ment des sacs membraneux, reneontr~e chez Branchiomma vesiculosum, n'existe pas chez toutes les autres esp6ces: on l 'observe assez b ien ehez Dasychone bombyx et D. lucuUana et chez Sabella crassicornis; mais chez Eudistylia vancouveri, Pseudopotamilla ocellata et Schizobranchia insignis, les sacs pr6sen- ten t souvent un enroulement sur eux- m6mes, r6alisant, fi par t i r de chacun des oils, des structures plus irr6guli~res et plus d6velopp6es que dans la eat6gorie pr6c6- dente. Celles-ci se ra t tacheraient alors/t la cat6gorie " lamel les" d6finie par Eakin et rencontr6e dans d 'autres embranchement s (7).

Corps de la cellule photor~ceptrice

Aucun grain pigmentaire, tel que ceux reneontr6s dans les cellules de soutien voisines, n 'a 6t6 observ6 dans le soma des cellules photor6eeptrices.

Les pr incipaux organites hab i tue l lement trouv6s dans le eytoplasme des cellules photor6ceptrices (7) existent dans celleS des Sabellidae d 'une mani~re constante. Notons pr inc ipalement les ribosomes libres dans le cytoplasme ou du r6t iculum endoplasmique dans la r6gion nucl6aire. Mais les organites incontes tab lement les plus abondants sont les mitochondries g r61e

6nerg6tique probable dans les processus de t ransduct ion. La densit6 des mitochondries est tr~s forte chez presque toutes les es- p~ces 6tudi6es. Chez Branchiomma vesiculosum, elles sont group6es en un amas dense et leur a r rangement est remarqua- b lement ordonn6; elles sont situees entre la lentille et les sacs lemellaires (18). Par contre, dans un autre groupe d'esp~ces (Pseudopotarnilla oceUata, PotamilIa reniformis, Eudistylia vancouveri, Schizo- branchia insignis), elles sont group6es d 'une mani~re d6sordonn6e mais tout aussi dense autour de l '6 t ranglement de la lentille, done d i rec tement sous-jacentes ~ la cuticule. Enfin, chez d 'autres esp~ces, elles sont situ6es sous les sacs lamellaires (Sa- bella crassicornis, Fig. 16).ou tout autour de ceux-ci et en moins grand nombre (Dasychone bombyx). L'a r rangement plus ordonn6 des tr~s longues mitochondries rencontr6 ehez Branchiomma vesiculosurn pourrai t 6tre en rapport avec une meilleure uti l isation de la lumi~re que chez les es- p~ces d6pourvues d 'une telle organisation.

Diversification des lentilles

La forme des lentilles est ex t r6mement variable: plan eonvexe che'z Branchiomma vesiculosurn, ou allong6e, en forme de tronc de c6ne (Sabella crassicornis, Dasychone bombyx) ou de poire (Potamilla reniformis, Pseudopotamilla oceIlata). Leur 6paisseur, selon les esp@es, varie de 12 ~ 20 # m e n moyenne.

Mais c'est sur tout par leur s t ructure et leur origine que les lentilles different d 'une esp@e ~ l 'autre: chez Branchiomrna vesiculosum, la lentille est repr6sent6e par une cellule con tenant au-dessus de son noyau aplati , une masse ovdide de v~sicules de 0,2

0,3 #m de diam~tre, d'apr~s les mierogra- phies, uni form6ment et largement r6par- ties dans le cytoplasme de la cellule (I8).

Fro. 10. Sc. insignis: la lentille (1) est bord6e par les microvilli (mv) de la cellule photor6ceptrice riche en mitochondries (mi). × 21 000.

Fro. 11. Sc. insignis: les sacs lamellaires (s lain) naissent h partir de membranes ciliaires de corpuscules basaux (c b). Membrane plasmique (m p). × 35 000.

C. PI,

%

FIa. 12. Sabella crassicornis: coupe longitudinale d'une unit~ visuelle. En communication avec la cuticule (cut), la lentille (1) granuleuse est bord~e par les microvilli (mv) des cellules pigmentaires (C PI) voisines. La cellule photor~ceptrice (C PH), en forme de coupe ~ double paroi, est sous-jacente et projette des cils modifies en sacs lamellaires (s lain). Au fond de la coupe, des granules semblables ~ ceux de la ]entille sont group,s en une cupule (c) ~ rSle ~nigmatique. Mitochondries (mi). × 15 000.

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Ces v~s icules son t de dens i t~ v a r i a b l e aux ~lec t rons . P a r cont re , chez les a u t r e s es- p~ces ~tudi~es , la l en t i l l e s ' e s t t o u j o u r s p r~sen t~e c o m m e une m a s s e e x t r a c e l - lu l a i r e , en c o n t i n u i t ~ avec la c u t i c u l e p a r une assez la rge c o m m u n i c a t i o n (Sabella crassicornis, Dasychone bombyx, D. lucullana) ou p a r un gou lo t ~ t ro i t (Pota- miUa reniformis, Eudistylia vancouveri, . . . ) . Chez les t ro i s p r e m i e r e s esp~ces, c e t t e f o r m a t i o n es t c o n s t i t u t e de g ranu le s de 0,02 fi 0,03 t tm, r~gu l i~ r emen t r~pa r t i s e t de m ~ m e dens i t~ aux ~ lec t rons . Chez les au t re s , au con t r a i r e , e l le a p p a r a l t c o m m e une m a s s e c o m p a c t e , d e n s e aux ~lect rons , fi s t r u c t u r e t e l l e m e n t f ine qu ' i l es t i m p o s s i b l e de m e s u r e r la t a i l l e des ~ l~ments c o n s t i t u a n t s .

Ces len t i l l es , g r a n u l e u s e s ou c o m p a c t e s , a p p a r a i s s e n t c o m m e des s~cr~t ions ex- t r a c e l l u l a i r e s q u i s e r a i e n t r e s t 6 e s enchfiss~es d a n s les ce l lu les qu i l eur a u r a i - e n t d o n n ~ n a i s s a n c e . P a r f o i s m 6 m e [Sabeila crassicornis (Figs . 12 et 13) et Dasychone bombyx], des s~cr~t ions de t a i l l e e t d ' a s p e c t s e m b l a b l e s se r e t r o u v e n t , g roupees en un e n s e m b l e en fo rme de cupu le , au fond de l ' i n v a g i n a t i o n qui con- t i e n t les sacs l a m e l l a i r e s . L a s i gn i f i c a t i on de ce t t e f o r m a t i o n res te i n c o n n u e .

Chez Dasychone lucullana, du g lycog~ne

s e m b l e b i en ~tre p r e s e n t d a n s la l en t i l l e ( a s p e c t u l t r a s t r u c t u r a l en g r a n u l e s de 250/~ 300 ~ , d i g e s t i o n p a r l ' a m y l a s e ) . Son i d e n t i - f i c a t i on p a r des m ~ t h o d e s h i s t o c h i m i q u e s ( T C H - p r o t ~ i n a t e d ' a r g e n t ) n ' a pu , t o u t e - fois, ~tre o b t e n u e d ' u n e m a n i ~ r e c o n v a i n - c a n t e . P e u t - ~ t r e l ' e x i s t e n c e d u compos~ A P S - p o s i t i f ( m u c o s u b s t a n c e ? ) fa i t - i l , p a r sa s t r u c t u r e c o m p a c t e , o b s t a c l e fi la p~n~- t r a t i o n de c e r t a i n s r~act i fs ; cet o b s t a c l e s e r a i t su rmon t~ , au con t r a i r e , lors de l ' a c - t ion des a m y l a s e s b a c t ~ r i e n n e s du com- m e r c e qu i c o n t i e n n e n t s o u v e n t des t r a c e s de p ro t~ases , r ~ a l i s a n t a ins i une d i g e s t i o n t o t a l e de la l en t i l l e . Ceci r e j o in t la sugges- t i on de E a k i n et K u d a (8) /~ p r o p o s de ocel les de t ~ t a r d d ' a s c i d i e off ils p r ~ s u m e n t l ' e x i s t e n c e d ' u n e e n v e l o p p e de n a t u r e eel- l u lo s ique ( t u n i c i n e ? ) a u t o u r des g r a n u l e s de g lycog~ne c o n s t i t u a n t la l en t i l l e . T o u t e - fois, chez Dasychone, la s i t u a t i o n e x t r a c e l - l u l a i r e de cet e n s e m b l e ( m u c o s u b s t a n c e + glycog~ne) es t s u r p r e n a n t e .

Que l l e s son t les ce l lu les /~ l ' o r ig ine des s~cr~t ions f o r m a n t les l en t i l l e s e x t r a c e l - l u l a i r e s? D a n s tous les cas r e n c o n t r e s , un c a r a c t ~ r e c o n s t a n t est f r a p p a n t : les ce l lu les qui b o r d e n t les l en t i l l e s e n v o i e n t de n o m - b r e u x mic rov i l l i ~ l ' i n t ~ r i e u r de ce l le-c i . L o r s q u e les ce l lu les p h o t o r ~ c e p t r i c e s bor - d e n t la l en t i l l e , les m ic rov i l l i son t cou r t s

FiG. 13. S. crassicornis: sous les sacs lamellaires (s lam), darts le creux que forme la ceilule photor~ceptrice (C PH) se trouve une sorte de cupule (c) granuleuse. Cellule pigmentaire (C PI). x 37 000.

FIG. 14. S. crassicornis: r6gion distale de la cellule photor~ceptrice (C PH) sous la lentille (1). D~tail des sacs lamellaires (s lain) d'origine ciliaire. Cellule pigmentaire (C PI). x 42 000.

FIG. 15. S. crassicornis: lentille (1) au niveau des microvilli (mv) des celIules pigmentaires bordantes (C PI). Cellule photor6ceptrice (C PH). x 21 000.

Fla. 16. S. crassicornis: partie moyenne de la cellule photor~ceptrice contenant le noyau (n C PH) et fiche en ribosomes (ri) et en mitochondries (mi). Cellule pigmentaire (C PI). x 20 000.

Fro. 17. S. crassicornis: d~tail d'une r~gion de cellule pigmentaire (C PI) contenant, dans son cytoplasme et ses microvilli (my), du materiel finement granuleux (m g) pouvant ~tre ~ l'origine des granules (g) de la lentille (1). Les grosses fl~ches indiquent une apparente continuit~ entre ce materiel granuleux et les granules de Ia lentille, x 76 000.

FIG. 18. Dasychone lucullana: granules (g) de la lentille (1), color,s ~ l'ac~tate d'uranyle et au citrate de plomb. Cuticule (cut). Microvilli (my). x 28 000.

FIG. 19. D. lucullana: lentille (1) d'un t~moin incub~ ~ 35°C dans le tampon, sans amylase, pendant 6 heures; les granules restent intacts. Cuticule (cut). × 7400.

FIG. 20. D. lucullana: lentille (1) en pattie dig6r~e apr~s action de l'amylase, pendant 2 heures ~ 35°C. Cellule pigmentaire (C PI). × 10 000.

FIG. 21. D. lucullana: on voit l'emplacement de Ia lentille (emp 1) enti~rement dig6r~e apr~s action de l'amylase pendant 6 heures/~ 35 °. Cellule pigmentaire (C PI). × 6300.

176 ARMELLE KERNEIS


e m p . , .

o ~

178 ARMELLE

(Figs. 3 et 5); lorsque ce sont les cellules pigmentaires, les microvilli sont plus longs (Fig. 15).

Dans le premier cas, on observe une plus grande densit~ aux Electrons de l 'extr~mit~ des microvilli (Figs. 3 et 5). Bien qu 'aucun ElEment prEcurseur ne soit ne t t emen t dE- celable dans le cytoplasme de la cellule photor~ceptrice bordante, il est permis de penser qu'elle est responsable de la s~cr~- tion du materiel cons t i tuant la lentille. L 'Evacuation du materiel sEcr~t~ se ferait au niveau des extr~mit~s des microvilli. A l 'appui de cette hypoth~se, notons que la t rame observ~e dans la region distale de la lentille se prEsente, lorsque le plan de coupe est favorable, comme une sorte de trainee de substance dense aux ~lectrons, dans le prolongement des microvilli dont elte coiffe parfois ne t t emen t l 'extrEmit~ (Figs. 3 et 5). Le materiel ainsi d~pos~ au niveau des microvilli fusionnerait en une masse compacte. Chez routes les esp~ces off cette disposition se rencontre (Eudis- tylia vancouveri, Schizobranchia insignis, Pseudopo tami l la ocellata, Po tami l la reniformis), r appe lons la tr6s grande abondance de mitochondries dens la part ie distale des cellules photor6ceptrices, qui peuvent 6tre impliqu6es dEns la s6cr6tion de la tentille.

DEns le cas off ce sont les cellules pigmentaires qui bordent la lentille (Sabella crassicornis), les microvilli sont beaucoup plus longs et le plus souvent vides de granules (Fig. 12). Le cytoplasme des cellules bordantes en est aussi d6pourvu (Fig. 15). Toutefois, sur certaines coupes, h un tr~s fort grossissement, un mat6riel finement granuleux est parfois d6celable dEns le cytoplasme des cellules pigmentaires et dEns leurs microvilli (Fig. 17). Ce materiel est peut-6tre h l 'origine des granules con- s t i tuant la lentille. On connait des cas, chez les Nereidae no tamment , off la lentille est formEe de secretions restant localisEes dans des prclongements des cellules pigmentaires s 'affrontant au-dessus de la cellule photor~ceptrice [Eakin et Westfall (9);

KERNEIS

Fischer et BrSkelmann (10) ]. Chez Sabella crassicornis, selon le plan de la coupe, on peut croire parfois h une communica t ion entre l ' intErieur des microvilli et le contenu granuleux de la lentil |e (Figs. 15 et 17); reals, les microvilli ayant un trajet plus ou moins sinueux, on peut objecter qu 'une coupe tangentielle h leur membrane, d'~- paisseur faible, ne laisse pas de trace net te

s u r la micrographie et donne l 'illusion de microvilli ouverts. L'Eventualit~ de la s~cr~tion de la lentille par des cellules pigmentaires, chez SabeUa crassicornis, comme chez Dasychone lucullana, n'est donc pas h rejeter mais l 'Etude du dE- veloppement et de la morphogen~se de la lentille s 'av~rent indispensables pour conc- lure.

L'6tude ultrastructurale compar6e des taches oculaires du panache de ces quelques esp~ces de Sabellidae met claire- ment en 6vidence la structure fondamentale des El6ments photor6cepteurs: ]es sacs lamellaires. Au contraire, les lentilles, repr6sentEes par des formations diverses selon les esp~ces, r6alisent des syst~mes dioptriques dont l 'efficacit6 semble faible [Carricaburu et KernEis (2)]. Une 6tude compar6e de la r6action h la lumi~re et aux ombres port6es, chez quelques-unes de ces esp6ces serait int6ressante h mener par des techniques 61ectrophysiologiques.

Je tiens ~ remercier tr~s chaleureusement le Profes- seur R. M. Eakin qui m'a permis de venir passer deux mois dens son laboratoire h Berkeley (University of California). Sa comp6tence et sa gentillesse m'ont rendu ce s6jour des plus profitables et grace ~ lui et

l'aide amicale des membres de son laboratoire dont tout sp6cialement Mme Millie Miller Ferlatte, ce travail a pu ~tre r~alis~.

BIBLIOGRAPHIE

1. BOCQUET, M., ET DHAINAUT-CouRTOIS, N., J. Mi- crosc. (Paris) !8, 207 (1973).

2. CARRICABURU, P. ET KERNEIS, A., Yis. Res. 15, 123 (1975).

3. COIMBRA, A., J. Histochem. Cytochem. 14, 898 (1966).

4. DHAINAUT-COURTOIS, N., C. R. Acad. Sci. 261, 1085 (1965).

5. DORSETT, D. A., ET HYDE, R., Z. ZeUforsch. Mikrosk. Anat. 85, 243 (1968).


6. EAKIN, R. M., General Physiology of Cell Speciali- zation, p. 393. McGraw-Hill, New York, 1963.

7. EAKIN, R. M., Handbook of sensory physiology, VII/I, p. 625. Springer, Heidelberg, 1972.

8. EAKIN, R. M., ET KUDA, A., J. Exp. Zool. 180, 267 (1972).

9. EAKIN, R. M., ET WESTFALL, J. A., Z. Zellforsch. Mikrosk. Anat. 62, 310 (1964).

10. FISCHER, A., ET BROKELMANN, J., Z. Zellforsch. Mikrosk. Anat. 71,217 (1966).

11. HARTMAN, 0., Allan Hancock Pacific Expeditions, 10, n ° 2 et 3. University of Southern California Press, Los Angeles, 1944.

12. HERMANS~ C. 0.~ Z. ZeIlforsch. Mikrosk. A n a l ~ , 361 (1969).

13. HERMANS, C. O., ET CLONEY, R. A., Z. ZeUforsch. Mikrosk. Anat. 72, 583 (1966).

14. HERMANS, C. O., ET EAKIN, R. M., Z. Morph. Tiere 79, 245 (1974).

15. KERNEIS, A., Z. Zellforsch. Mikrosk. Anat. 86, 280 (1968).

16. KERNEIS, A., C. R. Acad. Sci. 273, 372 (1971). 17. KERNEIS, A., J. Microsc. (Paris) 17, 71 a (1973). 18, KRASNE, F. B., ET LAWRENCE, P. A., J. Cell Sci. 1,

239 (1966). 19. LIGHT, S. F., SMITH, R. I., PITELKA, F. A., ABBOT,

D. P=, ET WEESNER, F. M., Intertidal Inverte- brates of the central California coast, 1961.

20. MANARANCHE, R., J. Microsc. (Paris) 11, 433 (1971).

21. MARTOJA, R., ET MARTOJA, M., Initiation aux techniques de l'histologie animale, Masson et Cie., Paris, 1967.

22. NICOL, J. A. C., J. Mar. Biol. Assoc. 29, 303 (1950).

23. REYNOLDS, F. S., J. Cell Biol. 17, 208 (1963). 24. THIERY, J., J. Microsc. (Paris) 6, 987 (1967).

Documents

Etude Comparée d'Organes photorécepteurs de Sabellidae (Annélides Polychètes)