Le rôle de la physique dans le développement des embryons enfin dévoilé
Si la formation des embryons évoque la biologie et la génétique, la recherche montre de plus en plus que la physique y joue un rôle important. Une équipe du laboratoire Matière et systèmes complexes a ainsi prouvé que les amniotes se développent en cylindres successifs, emboités comme des poupées russes, puis a décrit l’action des forces physiques sur l’embryon. Ces résultats ont été publiés dans Physical Review E.
Le clade des amniotes englobe les vertébrés tétrapodes dont les embryons se développent dans un sac amniotique. On y retrouve successivement les reptiles, les oiseaux et les mammifères. Selon les travaux du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris Diderot), les embryons d’amniotes sont fondamentalement structurés en poupées russes avec cinq cylindres qui se succèdent : le tube neural, le tube digestif, le corps, le sac amniotique et le chorion.
L’ovocyte est pourtant sphérique à la base, avant de s’aplatir en un disque formé d’anneaux concentriques de cellules lorsqu’il passe au stade de blastula 1
. Les chercheurs ont montré, grâce à des études micromécaniques sur des embryons de poulet, comment passer de cette forme à celle de cylindres. L’alignement et la différence de plasticité entre les cellules spécialisées de chaque anneau créent des tensions au sein de l’embryon, des forces qui le font se plier exactement aux frontières entre ces anneaux jusqu’à former des cylindres emboîtés.
Mais l’équipe est allée encore plus loin en démontrant que le pli du sac amniotique est déclenché par le pli précédent, qui forme le corps de l’animal, lui-même provoqué par les plis qui le précèdent. Il existe donc un phénomène de plis en cascade entièrement dû à des phénomènes physiques déterministes, et non pas contrôlé uniquement par des informations génétiques. Si la morphogénèse pouvait être perçue comme un phénomène avec une forte part d’arbitraire ou d’aléatoire, ces travaux la replacent au contraire dans une véritable explication dynamique, liée à des phénomènes physiques clairement identifiés.
Imagerie in vivo du déclenchement du pli du sac amniotique côté queue (à gauche) et côté tête (à droite). Le corps de l'animal provoque la contraction d'un anneau périphérique qui devient le sac amniotique.
Principe de construction des amniotes. Des anneaux emboîtés servent d'instruction pour des plis en cascade aboutissant à un animal allongé ayant des tubes (nerveux, digestif) et ensaché dans un sac amniotique. Les frontières entre anneaux localisent les plis ainsi que la force qui cause les plis (tirets).
Références :
Physics of Amniote Formation
V. Fleury, A. Vaishnavi Murukutla, N. R. Chevalier, B. Gallois, M. Capellazzi-Resta, P. Picquet, and A. Peaucelle
Phys. Rev. E 94, 022426 (2016)
http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.94.022426
- 1Stade du développement embryonnaire au cours duquel les cellules périphériques (les blastomères) se rassemblent pour former l'embryon..
Pour en savoir plus :
- Lire le communiqué de presse : Comment se forment les vertébrés ?
- Voir le film CNRS Images "La physique de l'embryon"