République Algérienne Démocratique Populaire

Faculté des sciences Badji Mokhtar/Annaba

Département de biologie

Licence : physiologie de la reproduction et du développement

MODULE   : embryologie

Réalisé par : responsable du module   :

Kissoum nesrine mme soltani

Année universitaire 2010/2011

Quel est le plan d’organisation des mammifères

Et comment se met-il en place ?

Le principe de subordination des caractères de Jussieu, en opposition avec l'idée de l'Échelle des Êtres, a permis de structurer le concept de plan d'organisation. Cuvier caractérise par un plan d'organisation chacun des quatre embranchements du règne animal. Mais comment comparer des animaux présentant des plans d'organisation différents? Les tentatives contradictoires de von Baer et de Geoffroy Saint-Hilaire en embryologie comparée sont reprises par Haeckel. Celui-ci porte à six le nombre d'embranchements et tente de les organiser suivant une phylogénie qui fait appel à des caractères embryologiques. Il propose cinq stades évolutifs primordiaux. En continuité avec cette idée, les zoologistes vont pas à pas utiliser les caractères embryologiques (nombre de feuillets embryonnaires, devenir du blastopore, type de segmentation, existence du cœlome…). Ce sont tous des caractères qui, au cours de l'embryogenèse, précédent l'apparition du plan d'organisation. La découverte majeure de ces dernières années, la conservation de nombreux gènes de développement, relève du même principe: ce sont en fait de nouveaux caractères qui ne sont pas directement corrélés à la structuration d'un plan d'organisation, mais plutôt à l'établissement de polarités (antéropostérieure et dorso-ventrale), On peut espérer que la génétique moléculaire du développement permettra, au cours des prochaines années, d'obtenir

INTRODUCTION

des informations sur la manière dont les plans d'organisation ont été acquis au cours de l'évolution.

Les vertébrés présentent des similitudes anatomiques qui se traduisent par un plan d'organisation

Commun : axes de polarité (antéro-postérieur, dorso-ventral, droite-gauche), disposition des principaux Organes par rapport à ces axes.Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d'organisation en suivant unProgramme génétiquement déterminé.Malgré leur diversité les grands plans d'organisation du monde vivant sont en partie sous le contrôleDes gènes apparentés tels que les gènes homéotiques.Les similitudes aux différents niveaux d'organisation : cellule, molécule d'ADN, et organismesConduisent à la notion d'origine commune des espèces.

Le groupe des mammifères (environ 5 000 espèces), comporte des animaux aussi différents que les rongeurs, les félins, les primates, les cétacés, les chauves-souris, etc. qui exploitent des milieux variés et ont des modes de vie très différents. A première vue ils ont une morphologie très différente (un singe ne ressemble guère à une chauve-souris ni à une baleine).

Les vertébrés terrestres (et ceux retournés secondairement au milieu aquatique, comme les mammifères marins) partagent-ils un même plan d’organisation?

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Plan d’organisation : définitionen

c’est la disposition des différents Organes les uns par rapport aux Autres et par rapport aux axes de polarité .

Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d’organisation ; la symétrie et la polarité sont très rapidement définies alors que les organes se mettent en place progressivement grâce à des divisions et des déplacements cellulaires

Plan d’organisation : caractéristique

La symétrie

Le mot « symétrie » vient du grec summetria qui signifie « proportion » ou « juste mesure » ; Les organismes vivants se distinguent des objets inanimés par leur schéma de symétrie bilatérale ou radiale (circulaire). La symétrie n'est qu'une des mesures de l'invariance morphologique, c'est la

répétition d'un schéma particulier. L'espèce humaine a une symétrie bilatérale externe (droite-gauche).

Une étude sur les chevaux de course a montré que les chevaux dont le squelette est le plus symétrique gagnent plus souvent. Une étude sur les chiens de course a donné les mêmes résultats

La polarité

En biologie, un axe de polarité est un manque ou une absence de symétrie dans le plan d'organisation d'un organisme, par répartition différentielle des organes et des tissus. L'axe indique les 2 côtés qui ne sont pas symétriques.

On peut trouver chez un organisme à la fois des symétries et des polarités. Par exemple chez les vertébrés, il y a une symétrie droite-gauche imparfaite. Mais on observe aussi:

1. un axe de polarité dorso-ventral, 2. un axe de polarité antéro-postérieur,

3. un axe de polarité droite-gauche

Le développement embryonnaire est la réalisation du plan d’organisation de l’animal. Il s’étale de la fécondation à l’éclosion (pour les œufs) ou l’accouchement.

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Comment ces caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :

Symétrie ? Polarité ? Organes ?

Figure 1 : Mise en place du plan d’organisation au cours de la vie de l’animal.

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La mise en place du plan d’organisation chez les mammifères

Le plan d'organisation se met en place progressivement au cours du développement embryonnaire, à partir de la cellule œuf. La mise en place d'un organe nécessite de très nombreuses multiplications cellulaires, mais aussi des phénomènes de migration des cellules et de différenciation cellulaire.Selon la place qu'elles occupent, la fonction des cellules sera ainsi différente, de façon à construire les différents organes aux « bons endroits ».

A. la fecondation

Chez les humains, comme chez la plupart des mammifères, la fécondation est une des étapes de la reproduction. Elle consiste en la rencontre du gamète mâle, le spermatozoïde avec le gamète femelle, un ovocyte II. La fécondation se déroule en 4 phases bien distinctes :

Reconnaissance spécifique : le spermatozoïde et l'ovocyte se reconnaissent comme compatibles, de la même espèce. Cette reconnaissance est effectuée entre les protéines composant la zone pellucide (enveloppant l'ovocyte pendant sa maturation) et des récepteurs présents sur la membrane du spermatozoïde.

Fusion du spermatozoïde et de l'ovocyte : afin de garder une quantité 2n de matériel génétique chez le zygote, un seul spermatozoïde doit féconder l'ovocyte : c'est la monospermie. Cette monospermie est permise grâce au réveil ovocytaire qu'entraine la fusion des gamètes; ainsi les granules corticaux (lysosomes synthétisés durant la croissance de l'ovocyte) vont être exocytés et leurs contenus enzymatiques modifieront les glycoprotéines de la zone pellucide qui deviendra "imperméable" à d'autres spermatozoïdes.

Reprise de la méiose pour l'ovocyte : celui-ci était bloqué en métaphase II avant la fécondation. Il finit donc sa deuxième division de méiose et expulse son deuxième globule polaire. Une fois cette étape terminée, on trouve dans l'ovocyte deux noyaux, appelés pronuclei : la pronucleus femelle et le pronucleus mâle (provenant du spermatozoïde). On peut alors parler d'ovule et non plus d'ovocyte.

Amphimixie et déclenchement du développement embryonnaire : il s'agit de la fusion des deux pronuclei. En réalité, les deux pronucléi ne se fusionnent pas à proprement parler, comme on pourrait l'imaginer, mais le matériel génétique se rassemble sur la plaque équatoriale au moment de la métaphase de la toute première division cellulaire du nouveau zygote.

Figure2 : fécondation chez une chienne

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B. Les étapes ultérieures du développement embryonnaire

1. Segmentation de la cellule oeuf

Les segmentations commencent dans l'oviducte aussitôt après la fécondation et se continuent dans l'utérus. Tous les oeufs des Mammifères, sauf ceux des Monotrèmes, sont alécithes, c'est-à-dire dépourvus de vitellus nutritif et ont par suite une taille très faible, variant entre 0,14 mm et 0,20 mm. Ceux de la femme mesurent 0,17 mm; ils sont entourés d'une membrane épaisse et transparente appelée la zone pellucide et qui, vue à un fort grossissement, se montre parcourue par des stries radiales très fines, d'où le nom de zone radiée qui lui est encore donné.La segmentation est d'abord régulière et il se forme une petite masse cellulaire analogue à une morula, mais s'en distinguant par la présence de deux sortes de cellules; à la surface se trouve une assise régulière de cellules cubiques, et à l'intérieur un amas de grosses cellules polyédriques. A partir de ce moment, l'évolution se continue comme dans le cas des oeufs mérolécithes, par une sorte de retour au processus normal des Reptiles, dont les Mammifères descendent. En effet, les cellules de la périphérie de la morula se multiplient beaucoup plus activement que les autres et finissent par délimiter une grande cavité correspondant à la vésicule ombilicale des autres Vertébrés et que l'on appelle la vésicule blastodermique. Les cellules internes, restées à peu près inactives, se massent en un point de la paroi interne de la vésicule, dont elles n'occupent plus qu'une petite partie, et forment à cet endroit une sorte de disque appelé le disque germinatif ou blastoderme. C'est uniquement aux dépens de ce blastoderme que se différencient les tissus de l'embryon, et de la même manière que chez les autres Vertébrés. Une telle analogie de développement autorise à dire que les Mammifères ont en réalité des oeufs mérolécithes qui se sont à peu près complètement vidés de leur vitellus nutritif par suite de leur vie parasitaire sur les parois utérines, et sont ainsi devenus de faux oeufs alécithes.

Premières divisions de la cellule œuf Le 2ième jour : l'embryon est constitué de 4 cellules.

Jour 3 : l'embryon est maintenant constitué de 8 cellules.

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. - 1, enveloppe de l' oeuf. - 2, couche de cellules superficielles. - 3, cellules polyédriques internes. - 4, faux blastopore. - 5, amas de cellules internes fornant le blastoderme et occupant une partie de la vesicule ombilicale.

Figure03 : Oeuf de Mammifère en voie de segmentation

2. Gastrulation

Cette phase de l'ontogenèse aboutit à la formation d'une gastrula qui possède par définition un Archentéron3

permettant le commencement de la phase suivant de développement embryonnaire.

Figure04 : du zygote à la gastrula

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4. L'ORGANOGENESE

Après la gastrulation comportant le processus de neurulation, on se trouve en présence d'un embryon triploblastique qui est :

- libre chez les Vertébrés à oeuf hétéro-lécithe.

- appliqué sur le vitellus chez les Vertébrés à oeuf télo-lécithe.

- enfermé dans le trophoblaste chez les Vertébrés à oeuf alécithe.

But de l'organogénèse : Que vont devenir les trois feuillets de l'embryon.

Figure05   : le devenir des feuillets embryonnaires

7 Un exemple d’un développement embryonnaire d’un mammifère « souris »

– Cycle de développement très rapide (adulte : 9 semaines)

– Elevage aisé

– Embryon peu accessible

– transgenèse

1 Les oeufs fécondés

2 Segmentation de la cellule oeuf

Premières divisions de la cellule oeuf

 

Au bout de quelques heures, après 3 divisions successives, l'embryon est alors constitué de huit cellules

24h 36h 48h compaction 5 jours

3 la gastrulation :  

Migration des cellules vers l'intérieur de l'embryon constitué d'un massif de cellules 

4 La neurulation

La souris est âgée de  9 jours environ. 

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Cette gouttière s'étend sur toute la longueur de l'embryon et se referme formant un tube nerveux. On voit se dessiner la future colonne vertébrale

Le cercle vert indique la fermeture de la gouttière nerveuse dans la région de la queue.

5 Apparition des fentes branchiales et des organes des sens

 9 me jour   Une tache dessine la position du future oeil , les fentes branchiales se dessinent à la base de la tête(elle sont marquées ici par le point jaune)

6 Le développement se poursuit : les divers organes se mettent en place

 

Comparaison de la mise en place des axes de polarité chez certains vertébrés

Tableau01   : la mise en place des axes de polarité chez certaines vertèbres

L’espèce Axe antero-posterieur

Axe dorso-ventrale

poulet gastrulation fécondation

poisson gastrulation fécondation

souris gastrulation fécondation

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figure06   : Mise en place de l’axe dorsoventral au cours du développement embryonnaire

Figure07   : Les axes de polarité chez l’embryon

10Comparaison entre les membres antérieurs de

quelques vertébrés

3/Les membres des autres vertébrés présentent le même plan d’organisation que

Celui de l’Homme : ils sont formés de 3 parties.

Les mammifères ont un plan d’organisation commun

Les mammifères adultes sont caractérisés par trois axes de polarités :

Axe antéro-postérieur : marqué extérieurement par l’existence de deux ou trois parties : tête, tronc, queue chez les animaux qui en possèdent une.

o En avant : la tête dont la boite crânienne protège l’encéphale.o Au milieu : le tronc avec la colonne vertébrale qui protège la mœlle épinière.o En arrière : la queue qui peut-être absente.

Axe dorso-ventral : se marque par la position dorsal du système nerveux, les autres appareils occupent une position ventrale par rapport au système nerveux.

Axe droite-gauche : se marque par une symétrie bilatérale pour tous les appareils sauf le tube digestif et le cœur.

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Figure08 : Organisation des membres chez les mammifères

La figure ci-contre montre que les membres antérieurs de tous les mammifères (ici: l'homme, le chat, la baleine et la chauve-souris) comprennent les mêmes éléments osseux. On peut penser que le membre antérieur d'un ancêtre commun s'est modifié en vue de l'accomplissement de différentes fonctions.

Figure09   : Encéphale de l’homme et de la souris

Les circonvolutions augmentent :

La surface du cerveau. Le nombre des cellules nerveuses et donc la communication avec les cellules.

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Mise en place du plan d’organisation des mammifères au cours du développement

embryonnaire.

Le développement embryonnaire débute par la division de la cellule œuf issue de la fécondation. Après une série de divisions, il se forme une masse embryonnaire dont les cellules forment une petite sphère creuse. Les cellules se disposent en trois feuillets embryonnaires et, très rapidement, s’organise un embryon dans lequel on peut repérer les trois axes de polarité du futur adulte.

La diversité des organismes se manifeste par des modalités différentes dans la mise en place de ces axes.

Après la mise en place du plan d’organisation de l’embryon, les organes se développent progressivement selon des modalités propres à chaque espèce.

Au cours du développement embryonnaire, la parenté des organismes se manifeste par l’existence des mêmes phénomènes et de stades de développement semblables.

Contrôle génétique du développement embryonnaire et de la mise en place du plan d’organisation.

Pour chaque espèce, les modalités du développement embryonnaire sont constantes et suivent la réalisation d’un programme génétique déterminé dans lequel les gènes homéotiques ont un rôle important.

Des gènes particuliers contrôlent la mise en place des trois axes de polarité et la formation de structures caractéristiques : ce sont les gènes du développement.

Certains de ces gènes appelés gènes homéotiques contrôlent la mise en place des organes le long de l’axe antéro-postérieur au cours du développement embryonnaire.

L’étude des gènes homéotiques a révélé l’existence de similitudes :

Dans la disposition sur les chromosomes Dans la séquence de leurs nucléotides De fonction

figure10   : Mise en place du plan d’organisation

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Les progrès continus des études sur le développement embryonnaire ne cessent de converger avec ceux de la génétique et nous enseignent que les gènes homéotiques jouent un rôle fondamental et universel dans l'édification des embryons. Le rôle des gènes homéotiques est d'informer les cellules de leur position au cours de l'embryogenèse et de préciser leur positionnement définitif dans l'embryon au cours de la formation des organes par rapport aux axes antéropostérieur et dorsoventral. Il est actuellement admis que des processus de développement embryonnaires aussi différents chez une mouche et une souris et plus généralement la diversité du règne animal résulte de la mise en oeuvre de gènes similaires appartenant à la famille des gènes homéotiques.

Figure.11. Similarité de la fonction régulatrice le long de l'axe antéropostérieur des codes Hom-C et Hox chez la drosophile et la souris.

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conclusion

Les êtres vivants sont caractérisés par leur diversité et pourtant nous avons pu mettre en évidence des points communs :

- Tous sont constitués de cellules

- Leur information génétique est portée par l’ADN dont la structure et la fonction sont universelles

- Leur développement embryonnaire, et par conséquent leur plan d’organisation, présentent des similitudes et sont contrôlés par des gènes homéotiques 

Tous ces points communs démontrent qu’au-delà de la diversité, il existe une unité du vivant et une origine commune des espèces.

Le Plan d’organisation se met en place très précocement, dès les premières étapes du développement embryonnaire en suivant un programme bien défini.

Il existe des similitudes dans le développement embryonnaire de différentes espèces même si leur Plan d’organisation peuvent être différents.

Les Plan d’organisation des êtres vivants sont en partie sous le contrôle des gènes homéotiques.

Ces gènes ont la même structure et la même fonction chez des êtres vivants très différents.

Les mammifères présentent des similitudes morphologiques et anatomiques qui se traduisent par un plan d’organisation commun autour de deux axes de polarité (antéro-postérieur et dorso-ventral) et un plan de symétrie bilatérale.

L’existence d’un plan d’organisation commun suggère un lien de parenté entre les divers groupes présentés.

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références

1/Articles, revues

– «génétique du développement», Science et Vie, hors série n° 852, septembre1988.

2/Livres

André Pichot, 1999 ; Histoire de la notion de gène, éd. Flammarion, coll. Champs

Jean-Claude Beetschen; 1985 La Génétique du développement ; Puf

2. Ressources multimédia

http://www.google.fr/search?hl=fr&rlz=1R2SKPB_frDZ379&q=plan+d%27organisation+&aq=f&aqi=&aql=&oq=html

http://www.iecb.u-bordeaux.fr/teams/DUPUY/Welcome.html

http://forums.futura-sciences.com/biologie/234026-regulation-genes-chez-eucaryotes.html

http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(07)00190-0

http://www.priceminister.com/offer/buy/67648358/Bioinformatics-Of-Genome-Regulation-And-Structure-V-2-Livre.html

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