Étude expérimentale de la différenciation des cellules de l'éponge au cours de son développement

DEVELOPMENTAL

BIOLOGY

14, 130-153

( 1966)

Etude exphimentale de la diffkrenciation des cellules de l’hponge au tours de son dkveloppement RADOVAN BOROJEVIC Laboratoire de Biologie C&&ale, Strasbourg et Station Biologique de Roscof Accept& le 23 fhier

1966

INTRODUCTION

De nombreuses descriptions de larves d’eponges siliceuses ont indique que la differentiation cellulaire y est tres precoce et que la larve nageante est constituee de cellules comparables A celles de l’eponge adulte. La metamorphose correspond alors principalement a un remaniement du materiel cellulaire. Les cellules ciliees de la larve sont les seules qui disparaissent, alors qu’apparaissent les choanocytes dans la jeune Sponge. L’origine de ces choanocytes et le role que peuvent prendre les differentes categories cellulaires dans leur formation ont et6 beaucoup discutes. Plusieurs auteurs acceptent, apres Delage et Maas, que les cellules ciliees sont le materiel a partir duquel vont se former les corbeilles vibratiles, d’autres, notamment Brien et Meewis indiquent que des archaeocytes peuvent se differencier en choanoblastes et choanocytes. Weltner (1893) a deja essay& d’obtenir des cultures de la partie interne de la larve de Spongilla afin d’etudier le role de son “ectoderme” au tours du developpement de l’eponge. 11 n’avait cependant pas reussi a supprimer toutes les cellules ciliees et il a con& que les larves etaient capables de former une eponge normale, m&me quand une grande partie des cellules ciliees etaient supprimees. Korotkova et Volkova (1960) ont aussi 6tudi6 le developpement de fragments de larves de Spongillu, pour tester leur capacite de developpement, sans toutefois faire l’etude cytologique de leur metamorphose. 11 est possible de &parer, par operation, la couche ciliee de la partie interne de la larve, et de suivre en culture le developpement de chacune de ces fractions. Ces experiences, que nous allons exposer, permettent d’etudier, dune part, l’origine des corbeilles vibratiles 130

DIFFiXENCIATIOK

DES

CELLULES

DE

131

L’kPOh-GE

dans la nouvelle eponge, et, d’autre part, la capacite de differenciation des principales cat’egories cellulaires. En mbme temps, nous avons compare et complete les resultats obtenus par l’ktude du developpement d’kponges a partir de larves normales et de cellules larvaires dissocikes (Borojevic et Levi, 1965) et tent6 de mieux comprendre le processus general de la morphogenese chez les Sponges. MATERIEL

ET

METHODES

Rlycde contarenii Martens se reproduit a Roscoff, pendant les mois de juillet et aout. Les larves sont lib&es individuellement; elles sont ovoi’des, mesurent environ I,5 mm et nagent activement en decrivant des spirales allongees. Les groupes cellulaires de la larve ont et6 isolb mecaniquement a l’aide d’instruments de chirurgie ophthalmologique. Plusieurs larves ont kte operees successivement et les groupes cellulaires isoles, mis en TABLEAU

Type de culturee Nombre des cultures Nombre des cultures Bvolu6es Nombre des cultures involu6es a Les cuhures texte.

&l&es non

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par des lettres

et des chiffres

c 46 .-

3

utilisks

<3 I

!I

plus

loin dans le

culture ensemble de telle sorte qu’ils constituent une masse plus ou moins equivalente a celle d’une larve normale: chaque culture resulte ainsi de quatre ou cinq operations de larves differentes. Les groupes cellulaires sont extremement coalescents et des sphkrules de reorganisation se forment deja $!, heure a 1 heure apres l’operation. Les cultures ont ‘et6 montees sur lamelle de verre, dans une goutte d’eau de mer filtree, addition&e de 1.000.000 U de pknicilline et de 0,25 gr. de streptomycine par litre. Les lamelles etaient stockees dans des chambres humides ; apres fixation de l’explantat, elles ont Btt? renverskes et flottees a la surface dune quantitk plus grande du milieu deja cite. Les cultures ont 6th maintenues a la temperature ambiante, variant de 18 A 20°C ; elles ont et6 la&es et placees sur milieu frais tous les deux jours.

132

RADOVAN

BORO

JEVIC

Nous avow dtudik des cultures &al&es in vizjo en contraste de phase, en microscopic optique apr&s fixation et coloration par les m&odes histologiques classiques et en microscopic klectronique apr&s fixation par une solution de 2% de tktroxyde d’osmium dans un tampon au phosphate de Na et colorkes selon Millonig. Nous avons utiIi& le microscope ‘klectronique du Centre des Applications Biologiques du CRN Strasbourg-Cronenbourg. FAITS

EXPERIMENTAUX

La larve de Mycale est relativement bien connue, g&e aux travaux de Delage (1892) sur M. contarenii ( Esperella sordida), de Maas (1892) sur M. qrinx et M. lingua (Esperia lorenzi et E. lingua), de Wilson (1935) sur M. syrinx, et enfin grlce aux &udes faites en microscopic klectronique par Levi (1964) et Borojevic et Levi (1965) sur M. oontarenii. La morphologie des diffkrentes categories de cellules d’kponges en microscopic optique a ktk, rkcemment encore, CtudGe par Simpson (1963) et Borojevic et Levi (1964) et nous prions le lecteur de bien vouloir se rkfkrer aux travaux cit6s pour information plus dhtaillke. Nous rappellerons seulement les principales categories cellulaires qu’on trouve dans une larve de Mycale apr& l’kclosion. Ce sont: -1) Ies cellules ciZihes de l’kpithklium Iarvaire, reconnues in viz)0 par leur pigmentation plus foncke et la prksence des flagelles et aprk fixation et coloration par leurs noyaux petits et fort colorables. caractkrisks par leur noyau vbiculaire, -2) Les arckaeocytes, muni d’un grand nuclkole, et par la prkence, d&s le d&but de la rkorganisation, de nombreux phagosomes dans leur cytoplasme ; -3) Les collencytes sont reconnus par leur noyau ovdide saris nu&ole, leur cytoplasme clair et leur aspect le plus souvent fusiforme ou &oil& 4) Les pinacocytes sont analogues aux collencytes, caractkrisik uniquement par leur forme aplatie et par leur position B la surface de la calotte post6rieure ou de la sphkrule. -5) Les scl6roblastes sont reconnaissables uniquement par la prksence du jeune spicule dans leur corps. -6) Les cellules o’acuolaires posskdent une seule grande vacuole qui occupe la majorit& du volume de la cellule, tandis que le petit noyau est repoussk vers la pkriphkrie.

-7) Les celldes globif&es se reconnaissent par plusieurs in&sions sphkriques, dont la microscopic klectronique demontre une structure pseudocristalline. [Nous assimilons aux cellules globifkres de Microciona (Wilson et Penney, 1930) ct d’Ophlita,spongia (Rorojevic et Levi, 1964), les cellules vacuolaires A bAtonnets dkcrits dans la larve de Mycale par Levi (1964) d’aprPs leurs inclusions Iypiques.]

)(x@@ooox

FIG. 1. Distribution nageante. CC, celhde laires; S, s&roblastes;

des principala catkgories cellulnires dam une Iarve cik5es; C, collencytes; A, archaeocytes; CV, cellules vacuaCC, cellules globifi+rrs; P, pinacocytes.

Toutes ces ceIIuIes ont une distribution constante et bien d&nie dans la Iarve, que nous avons &dike sur des coupes histologiques s&i&s et sur Ies coupes semi-fines. La couche c&&e est compacte, mais non ininterrompue (Fig. 1). Dans sa partie antCrieure on trouve parmi les cellules cilikes de grandes ceIIuIes A noyau de type COIlencytaire et dont le cytoplasme est rempli de vksicules t&s fines : eIIes correspondent aux jeunes celluIes v&iculaires, caract&istiques du

134

RADOVAN

BOROJEVIC

tissu adulte de Mycule. Dans la partie centrale et dans la partie posterieure, on trouve, dans la couche cilike, des cellules vacuolaires et dans la region posterieure seulement, des cellules glob&es. Des pinacocytes typiques couvrent la surface de la calotte posterieure, constituee presque exclusivement de cellules globiferes. Le centre de la larve est occupe par une masse dense d’archaeocytes. Cette masse est entouree dune zone plus l&he oh les collencytes remplacent progressivement les archaeocytes. Entre la calotte postkrieure et la masse centrale se trouvent de nombreux scleroblastes. Dans la partie anterieure, les collencytes et quelques rares archaeocytes forment un tissu l&he qui relie la masse centrale a la couche ciliee ; les collencytes de cette region entrent souvent en assez grand nombre dans la zone des noyaux de la couche ciliee notamment autour du pole anterieur dune larve agee. Cette distribution constante nous a permis d’obtenir, en separant mecaniquement les differentes regions de la larve, des cultures oh une ou plusieurs categories cellulaires etaient exclues, ou au contraire largement preponderantes. La couche ciliee est compacte : elle peut &tre &art&e de la partie centrale saris etre trop d&hi&e, la separation s’effectuant dans la zone lathe a collencytes. Comme les cellules ciliees sont plus pigment&es que les cellules internes et restent en lambeaux au tours de l’opkation, la reussite de cette separation peut &tre verifiee deja au tours de l’operation. Nous avons verifik la purete de nombreuses cultures de la region centrale apres fixation et coloration, en microscopic optique et dlectronique et n’avons jamais constate la presence de cellules ciliees. La partie centrale peut etre ensuite section&e en plusieurs fargments, ce qui permet d’obtenir des cultures B preponderance dune catdgorie cellulaire. 11 est difficile pourtant d’estimer la separation obtenue avant la fixation et la coloration de la culture, car les cellules sont distribukes dans la partie centrale selon des gradients qui varient avec l’8ge de la larve et qui sont ma1 definis. A. Culture

de la masse centrale

(Fig. 2)

En isolant la masse centrale, on obtient des cultures contenant des archaeocytes avec plus ou moins de collencytes, scleroblastes, cellules vacuolaires et globiferes. 1) Si la culture est t&s riche en archaeocytes et pauvre en collencytes, elle ne s’etale pas. Ce phenomene &ant d&isif pour la n-&a-

DIFFJhENCIATION

DES

CELLULES

DE

135

L’Ih’ONGE

morphose et le dkveloppement de la culture, la sphkrule, rkgulibre et recouverte de pinacocytes, n’kvolue pas, Dans les conditions de culture utiliskes elle vit 10-12 jours et se dksagrbge ensuite lentement. 2) Si la culture contient dks le d&but suffisamment de collencytes,

FIG.

2.

Riigion

larvaire

explant~e

pour

les cultures

du type

A.

elle s’ktale : une lame basale et marginale se forme rapidement et permet a la culture de se fixer sur le support. L’Atalement atteint son maximum 12 a 24 heures aprirs l’opkration. A ce stade une large lame marginale entoure le centre de la culture qui est une masse dense de cellules entremitlkes, dont la plupart sont des archaeocytes, ?I noyau typique avec phagosomes plus ou moins nombreux dans leur cytoplasme. (Fig. 3) L es fibres de collag&ne sont t&s denses dans cette r6gion centrale. Les figures de mitose typiques sont abondantes, notamment dans la rkgion pkriphkrique de la masse centrale.

136

FIG.

nombreux

RAJXX’AN

3.

Masse centrale de la c&ore phagosomes; C, collagirne.

BORO

JEVIC

de Ia partie

interne;

archaeocytes

avec

Des petits groupes de 3 B 10 archaeocytes (Figs. 4 et 5) se d6 tachent de la masee centrale et on les retrouve entour& de collencytes dans la zone de morphogknkse active entre la lame marginale et la masse centrale. Leur cytoplasme est dense, les divisions mitotiques y

FIG. 4. Culture de la partie interne de la larve, 24 heures aprks l’opkration; riigion entourant la masse centrale; n, figure mitotique; N, archaeocytes; C, collencytes; s, sckoblaste. FIG. 5. Groupe d’archaeocytes dam la m&me culture. FIGS. 6 et 7. Formation d’une corbeille vihratile A partir de choanoblastes clans une culture de la partie interne de la larve 4 jours aprks l’opkration.

sont abondantes. Au tours de la deuxikme jourrke apparaissent parmi les groupes d’archaeocytes les de choanoblastes. Ce sont des cellules g&m&alement les choanocytes typiques, B noyau non-nuclkolk, a

apr& l’opkration premiers groupes plus grandes que cytoplasme dense

13s

RADOVAN

BOROJEVIC

qui ne possedent ni flagelle ni collerette. La differentiation des archaeocytes en choanoblastes est rapide et presque simultanee dans un m&me groupe; les groupes dans lesquels les archaeocytes typiques entourent les choanoblastes sont rares mais indiquent que la differenciation progresse du centre vers la peripherie (Figs. 6 et 7). Nous n’avons pas observe differents stades de disparition du nucleole dans les archaeocytes, comme c’est le cas au tours de la formation du pinacoderme et de la lame basale a partir d’archaeocytes dans une spherule de reorganisation ou dans le developpement dune gemmule. 11 est done probable que la differentiation dun archaeocyte en choanoblaste s’effectue au tours dune division cellulaire. Au tours de la troisieme journee apres l’operation la plupart des groupes d’archaeocytes sont transform& en choanoblastes ou en corbeilles vibratiles. La masse centrale continue a former de nouveaux groupes d’archaeocytes qui se placent plus p&s du centre et se diffhencient a leur tour. Les choanoblastes se transforment rapidement en choanocytes : la formation de collerettes et de flagelles suit immkdiatement la formation du lumen de la corbeille. L’ktude en microscopic electronique revele, a ce stade, que des choanocytes a collerette et flagelle normalement developpes, contiennent souvent des phagosomes typiques (Fig. 8). Ce phenomene est significatif, car seuls, les archaeocytes sont douks de capacitd de phagocytose massive ; les cellules ciliees larvaires, les choanocytes normaux et Ies autres categories cellulaires ne possedent jamais de grands phagosomes derives de cellules entieres phagocytkes. Bien que ces categories cellulaires possedent la capacite de pinocytose et de phagocytose de petites particules, elles ne phagocytent jamais de gros objets ni des cellules entieres. La presence de phagosomes dans les choanocytes nouvellement form& indique done clairement leur origine archaeocytaire (notons que les cellules ciliees larvaires et parfois les jeunes choanocytes contiennent d’assez grandes inclusions, probablement du pigment ; ces inclusions sont unies, et ne peuvent &tre confondues avec les phagosomes qui sont caractkrisks par des formations membranaires concentriques du type myelinique ) . D’autre part, les choanocytes qui proviennent des archaeocytes sont nettement plus grands que ceux qui derivent des cellules ciliees : leur diamktre est de l’ordre de 4-6 ,u, ce qui est proche de celui des archaeocytes ; les choanocytes dans les cultures de la partie externe de la larve ne mesurent que 34 p (comparer les Figs. 8 et 13, qui sont au m&me agrandissement ) .

DIFFkREXCIATION

FIG. ptir

DES

8. Jeunes choanocytes form& des archaeocytes. p, phagosomes

CELLULES

DE

Clans une en resorption.

culture

139

L’lh?ONGE

de In pnrtie

interne

h

Les jeunes corbeilles ne contiennent g&kralement qu’une douzaine de choanocytes, et sont done nettement plus petites clue celles form&es au tours de la morphog&&se normale A partir de cellules cilihes. Le nombre de choanocytes augmente rapidement par leurs divisions, et 3 A 4 jours apr& l’opkration, les corbeilles atteignent leur taille nor-

140

RADOVAX

BOROJE\‘IC

male ; le systeme de canaux exhalants se forme progressivement culture devient une petite eponge fonctionnelle et complete.

B. Cultwe

de la calotte post&ewe

(Fig.

et la

9)

Nous avons fait plusieurs essais de culture de la calotte posterieure saris resultat positif. Si la calotte est bien &par&e, la culture contient presque uniquement des cellules globiferes et des pinacocytes : ces cellules ne sont pas capables de former une spherule reguliere et

FIG.

9. RAgion larvaire explant6e pour tes cultures du type B.

n’evoluent pas. Si les cellules de la region sous-jacente a la calotte sont egalement incluses dans la culture qui contient ainsi suffisamment de collencytes et d’archaeocytes, elle se developpe comme toutes les cultures de la partie interne de la larve. Les cellules globiferes ne participent pas a la morphogenese et leur role ainsi que celui des cellules vacuolaires reste encore inconnu.

DIFFiRESCIATIOIU

C. C&we

DES

CELLULES

de la couclze cilie’e (Fig.

DE

141

L’Ih’OSGE

10)

awns deja indique clue la couche cilike contient normalement des cellules autres que les cellules ciliees. Comme d’autre part les cellules sous-jacentes a la couche ciliee restent collees a celle-ci au tours de l’operation, les cultures contiennent toujours a cot6 de cellules ciliees, des collencytes, archaeocytes, cellules vacuolaires et globiferes, cfuoique en tres faible pourcentage. Nous

FIG.

10.

LI type

C.

Separee de la masse centrwle et de la calotte post&ewe, la couche ciliee continue a nager : la synchronisation des battements des cils est pourtant perturb&e par l’operation, et elle nage irrkgulierement saris pouvoir se diriger, comme normalement, vers la partie ombragee du recipient. Les cellules ont tendance A fermer l’ouverture posterieurr faite par l’operation, et forment une spherule qui continue A nager.

142

RADOVAN

BORO

JEVIC

Dans la plupart des cas, cette spherule se fixe seulement quelques heures apres l’opitration par son p81e anterieur, avant que le battement des cils de la region posterieure soit interrompu. Plus rarement les pinacocytes recouvrent les cellules cilikes, et une sphkrule rkgulibre se forme, qui se pose sur le fond et s’etale t&s difficilement. 1) Les cultures qui ne s’ktalent pas sont generalement celles qui contiennent t&s peu de collencytes et d’archaeocytes. Ces cultures ne se developpent pas, et commencent a se dksagreger lentement apres 7 ou 10 jours. 2) La plupart des cultures s’etalent : leur lame marginale est tres etroite, leur masse centrale dense et indifferenciee. La zone periphe-

FIGS. 11 et 12. Formation de corbeilles vibratiles A partir des ceuules cili6es de la larve dans une culture de la couche cilike, 48 heures apr& I’opkation.

rique

de

la

masse

centrale

est

constituke

de

corbeilles

vibratiles

normales, particulierement nombreuses et grandes, deja 6 a 12 heures apres l’etalement. (Figs. 11 et 12) Les collencytes sont t&s rares et assurent difficilement la cohesion de la culture. Dans les jeunes eponges issues dune larve entiere, les corbeilles sont toujours s&par&espar une couche plus ou moins dense constituee de diffkrentes cellules de l’ectomesenchyme et du collag&e; dans les cultures de la couche ciliee larvaire, les corbeilles I’une sur l’autre et les corbeilles sont t&s souvent adoss6es directement seulesremplissent tout le volume de la culture (Fig. 13). Des corbeil-

DTFFhENCIATIOK

ture

DES

CELLULE:S

DE:

143

L’hONW

FIG. 13. Les choanocytes de deux corbeilles en contact de la couche cili6e de la larve, 48 heures apres l’opkration.

direct

dam

lme

cul-

144

HADOVAN

BOHO

JEVIC

FIG. 14. Cellules ciliBes, non incluses dans une corbeille dans une culture de la couche cilibe larvaire, 48 heures cellules en dAg&&escence; ch, choanocytes normaux.

vibratile, en cytolyse aprks l’opkration; cd,

DIFFhEN2IATION

DES

CELLULES

DE

L’lh~ONGE

145

les distales se trouvent directement sous la surface de la culture, recouvertes nkanmoins toujours par une pellicule extr&mement fine de pinacocytes trPs &al&. Les cellules non incluses dans les corbeilles se trouvent isolkes ou en petits groupes en cytolyse : leur structure dense, et contract&e, leurs noyaux pycnotiques et souvent les formations membranaires dans leur cytoplasme l’indicluent clairement (Fig. 14). Les collencytes et les pinacocytes ne les phagocytent pas, mais les isolent du tissu vivant en petits amas bien d&limit&, qui se d&sag&gent lentement. Les rares archaeocytes clue l’on puisse trouver dans ces cultures sont knormes, remplis de phagosomes. 11s sont parfois en division. Si la bien culture ne s’infecte pas, elle donne une kponge fonctionnelle plus rapidement que celles de la rkgion centrale. Le nombre de collencytes et d’archaeocytes augmente progressivement en mGme temps clue diminue le nombre des cellules cilikes, et 1’Cquilibre normal est ttabli 2 ?I 4 jours apr& l’op&ation. A titre de contrale, des expkriences semblables ont &t& effectukes sur des larves de Afycale similaris (Bowerbank). Le d&eloppement de cultures de cellulcs larvaires de cette esp&ce est identique a celui de Al. contnrenii. DISCUSSION

Toutes les cultures, cluelle que soit leur composition, ont le m&me mode de dkveloppement. La formation de la lame basale et marginale est indispensable B leur Ctvolution, et marque le d&but de la morphog&n&se. La diff&enciation et la formation du tissu fonctionnel de l’kponge s’effectue du bord de la culture vers le centre, par zones concentriques ; la zone active de la morphog&&se est ainsi toujours placke entre la masse centrale qui reprksente une r&serve de mat&e1 cellulaire, et la partie pkriph&lue de la culture, d&ja diffkrencike. Ce mode de dkveloppement se retrouve dans tous les processus morphogkn&ques des dponges : au tours de la fixation d’une larve, de la rkorganisation d’une kponge B partir de cellules dissocikes, du ddveloppement B partir d’une gemmule ou d’un bourgeon externe. Comme les mouvements de tous ces processus sont dQs principalement a l’activitC des collencytes, la physiologie et le rBle de ces cellules doivent &re homologues chez toutes les 6ponges. Nous avons d&ja insist6 sur le rBle fondamental des collencytes au tours du processus de morphogirni~se des hponges (Borojevic et Levi,

146

RADOVAN

BOROJEVIC

1965). Leur importance est confirm&e par le fait que le sort dune culture depend directement de son pourcentage en collencytes, tandis que la manque de choanocytes peut etre facilement surmonte et que la presence d’archaeocytes dans la culture en nombre tres infkrieur A la normale ne gene en rien son dkveloppement. Un minimum de collencytes est en effet indispensable dans une masse de cellules qui d’autres categories cellulaires ne se reorganise, car la differentiation peut avoir lieu qu’apres formation dune structure de base par des collencytes. Les archaeocytes peuvent seulement ensuite completer le nombre de collencytes mais ne peuvent pas les remplacer au debut du processus de morphog&&se. 11 reste a verifier si un milieu de culture structure peut remplacer les collencytes au tours de la morphogenitse, auquel cas leur role serait purement mecanique. Nous avons indique que les cultures de la calotte postkrieure ne s’etalent ni n’evoluent, malgrk la presence de pinacocytes externes. Nous ne pouvons pas encore prkciser s’il s’agit dune insuffisance de leur nombre, ou de leur incapacite a remplacer les collencytes. D’autre part, le fait qu’une spherule qui est recouverte de pinacocytes ne soit pas toujours capable de s’etaler et d’kvoluer indique aussi que les pinacyoctes ne sont pas capables de remplacer les collencytes : les archaeocytes pouvant alors concourir a la formation de 1’6pithelium de la spherule, le nombre de pinacocytes n’est pas limit& Malgri: leur tres grande ressemblance morphologique, une diff krence physiologique profonde existerait done entre les pinacocytes et les collencytes. Nous avons indiqui: (Borojevic et Levi, 1965) dans une etude morphologique, que les cellules cilikes de My&e se transforment directement en choanocytes au tours de la mktamorphose. Cette hypothese est confirmee par les cultures de la couche ciliee ou ces cellules, largement preponderantes, forment rapidement de tres nombreuses et grandes corbeilles. Les cellules ciliees qui ne sont pas incluses dans une corbeille doivent pkrir ; elles sont normalement phagocytkes par les archaeocytes, mais, ?I defaut de ceux-ci, meurent d’elles-m&mes (Fig. 14) ce qui indique clairement qu’elles ne peuvent pas se dedifferencier pour se redifferencier en autre cellules, au moins dans les conditions ou nous avons travail%. Le cas est identique pour les cultures de cellules c&&es de la larve (Maas, 1906) et de choanocytes d’eponges calcaires (Huxley, 1911, 1921) et d’eponges siliceuses (Borojevic, 1963). Contrairement aux resultats de ces experiences, la

DIFFhE~CIATIOS

DES

CELLULES

DE

L’kPONCI:

147

dkdifkenciation de choanocytes en archaeocytes a ktk plusieurs fois signalke chez les kponges calcaires (Dendy, 1914 ; Jorgensen, 1917 ; Gatenby, 1920) et chez Halisarca (Tuzet et Pavans de Ceccaty, 1955). Mais aucune preuve expkrimentale n’a cornpI&& ces observations que la plupart des auteurs considkrent comme relativement incertaines, et nous continuerons ?I considkrer les archaeocytes de toutes les Sponges comme une ligrke de cellules qui se multiplient par divisions, et qui dkrivent directement de cellules embryonnaires ayant gardk leurs potentialitfk Le rale des archaeocytes dans une hponge semble &tre assez bien dkfini. D’une part, ils reprksentent une r&serve de cellules totipotentes, d’autre part, ils sont les phagocytes. Par cette double activitk ils agissent comme un rkgulateur de l’kquilibre entre le diffkrentes catkgories cellulaires : ils kpurent l’kponge et suppriment les cellules en excks, ils se diffkrencient ensuite et forment, en rkutilisant le matkriel cellulaire, les types de cellules qui manquent. La totipotence des archaeocytes, leur capacitk de difkenciation et leur origine au tours de l’ontogknkse d’une bponge ont & souvent discutks, notamment au cows des ktudes faites sur tous les types de processus de morphogkrkse. Leur totipotence est indiscutable au cows du dkveloppement a partir de la gemmule chez les Spongilklae ; les archaeocytes y passent pourtant par un stade particulier oh ils accumulent par phagocytose une r&serve de mat&e nutritive et ce cas ne peut &tre ainsi strictement comparable B la diffkrenciation d’archaeocytes normaux. Au cows de la rkorganisation a partir de cellules dissocikes les archaeocytes forment la plupart du tissu de la nouvelle kponge d’apr& Wilson (1911), Muller (1911) et Galtsoff (1925) ; Huxley (1911, 1921) ; Brien (1937) et Brgndsted (1936) comprennent au contraire cette rkorganisation comme &ant mle simple mise en place du mat&iel cellulaire de l’kponge souche. En se ralliant h l’idke de Huxley, Faur& Fremiet ( 1932), Ganguly ( 1960) et Borojevic et Levi ( 1964) indiquent pourtant que les archaeocytes peuvent concourir i la formation du pinacoderme et de la lame basale et se difkencier en cellules granulaires. Depuis que Brgndsted (1953) a dkmontrk exp&imentalement que les archaeocytes r&g&&rent la lame basale chez les jeunes Spongillides, la possibilitk de diffdrenciation de cellules d’kponges dans le sens archaeocytes-collencytes, pinacocytes et cell&s granulaires est g&n&alement admise.

148

RADOVAN

BORO

JEVIC

La diffhenciation normale des archaeocytes en choanocytes au tours du developpement postembryonnaire a et& signal&e chez Ies Spongillidae par Brien et Meewis (1938) et chez Haliclona limbata par Meewis (1939) ; ce n’est pourtant pas le cas chez les autres eponges marines. Maas (1906) a p rouve que les cellules posterieures de la larve de Sycon peuvent, apres letalement, reconstituer une eponge complete. Nos cultures des cellules internes de la larve montrent que les archaeocytes d’eponges siliceuses peuvent se differencier en choanocytes, chez les especes oh ce n’est pas le cas au tours du developpement normaI. Cette quaIitC est done potentielle et se montre Iorsque l’equilibre normal entre les cellules d’eponge n’existe plus. Les cellules posterieures de la larve de Sycon ont sans doute des caractkres plus “larvaires” que les archaeocytes de la larve nageante de Mycale qui sont tout a fait cornparables a ceux de l’eponge adulte ; il existe neanmoins entre leurs potentialites une nette homologie, qui les oppose aux cellules ciliees des larves, qui sont differenciees et ne sont pas capables ni chez Sycon ni chez Mycale, de donner d’autres categories cellulaires que des choanocytes. Ce fait confirme I’opinion que nous avons deja formulee (Borojevic et Levi, 1965) qu’il n’existe pas de transfert de potentialitks des cellules ciliites-choanocytes aux archaeocytes (Brien, 1943)) mais une succession de diffkrenciations de cellules embryonnaires en lignees principales de cellules d’eponge. En effet, on ne peut pas parler chez de blastomeres en ecto-, endo- et les Sponges de diff erenciation mboderme : ces termes s’appliquent a la morphologie et on connait les difficult& qu’ont eu les auteurs pour etablir l’homologie entre les stades embryonnaires des eponges et ceux des autres Metazoaires. Par contre, Ia conception proposke par Metschnikoff (1886) de Ia differenciation des blastomeres en kynoblaste (cellules du type flagelle) et phagocytoblaste (cellules du type amoeboi’de), qui sont respectivement analogues aux ectoderme et endo-mesoderme chez les Eumktazode la diffkrenciation cellulaire en aires, ainsi que la conception epitheliocytes, mkchanocytes et amoebocytes de Willmer ( 1960)) correspondent bien A la differentiation cellulaire au tours du dkveloppement des Sponges. Ces conceptions sont physiologiques, done beaucoup car elles correspondent a la forme primaire de la plus g&r&ales, spkcialisation cellulaire dont I’exemple le plus simple est don& par les colonies de Protozoaires du type Volvox et Protero’s-pongia, et qui

DIFF~HESCIA’rIO~

DES CELLULl?S DE L’kl’OXE

149

se retrouve chez les bponges aussi bien quc chez les autres MPtazoaires. Les cellules cilides (kpithbliocytcs de \Villmer, 1960) sont les premi&res B se diffkrencier B partir des blastom&res ; ce ph&nomAne est en corrklation avec les besoins de la larve qui est un organisme nageant. Elles conservent leur caract&e au cows de la mktamorphose, mais se retrouvent B l’int&ieur du corps de l’kponge tout en restant les cellules typiques du kynoblaste. L’activitk de leurs flagelles ne sert plus ici a la locomotion, mais B la production du courant d’eau. La diff&enciation de la seconde lignke de cellules : les collencytespinacocytes (m&hanocytes, Willmer, 1960) s’effectue au cows de 1’6talement de la larve chez les Calcaires, et d&ja dans la larve chez les Siliceuses. La troisikme lignke : les archaeocytes (amoebocytes, Willmer, 1960) reprksentent un reste de cellules embryonnaires non diff&enci&es, qui peuvent fo rmer de nouveau les deux prcmikres cat&gories de cellules. Aprks avoir ainsi form& les cellules de type flagellk et de type amoeboi’de, la diffkrenciation primaire de cellules embryonnaires d’kponge est terminke. La formation de cellules hautement sp&ialiskes et Rdification des structures dbfinitives de l’kponge constitue une nouvelle &tape dans la vie ; Llle 2 a lieu apr+s l’ktalement chez les Sponges calcaires, mais chez les kponges siliceuses, notamment chez les plus &oh&es, ces processus s’effectuent soit au cows de la formation de la larve dans l’kponge m&e, soit dans la larve nageante (Fig. 15). La formation de corbeilles vibratiles ?+partir d’archaeocytes, signal&e dans la larve des Spongillidae, est done une diffkrenciation secondaire (notons qu’il y a, chez les m&mes espkces, des larves qui se fixent plus pr&ocement, avant la formation des corbeilles internes ; Evans, 1899). Comme les cellules cilikes n’ont pas encore termind leur activitk, elles ne peuvent pas servir B la formation de corbeilles. Ce sont les archaeocytes qui les remplacent et ceci est comparable au processus de l’embryog6nkse somatique (dans le sens donnk par Tokin, 1959) plut& qu’au dkveloppement embryonnaire proprement dit. RESUhlE Nous d&rivons la distribution des principales catbgories cellulaires dans la larve de My&e conturenii Martens. En isolant diff&entes rt+gions de la larve nous avons obtenu des cultures larvaires 021 une

150

RADOVAK

BOROJEVIC

/

choonocyte

archaeocyte

I

choanocyte

collencyte

FIG. 15. Schkma de la diff&enciation laires au tours du d&eloppement d’une

des trois kponge.

archaeocyte

principales

cat+ories

cellu-

categoric cellulaire 6tait absente ou au contraire largement prkpond&ante. Les cultures de la partie centrale de la larve contiennent principalement des archaeocytes et des collencytes ; les cellules ciliees larvaires sont entierement absentes. Les archaeocytes forment des petits groupes, qui se differencient progressivement en choanoblastes et choanocytes. 3-4 jours apres I’operation, la culture reprksente une petite 6ponge complete et fonctionnelle. Dans une culture de l’epithelium cilie larvaire, contenant aussi de rares collencytes et archaeocytes, un grand nombre de corbeilles vibratiles se forment rapidement. Les cellules ciliees non incluses dans les corbeilles sont phagocytees par des archaeocytes ou entrent en cytolyse.

DIFFiRENCIATION

DES

CELLULES

DE

L’Ih’ONGE

151

Ces expkriences montrent que l’kpithklium cilik larvaire forme les choanocytes au tours de la mktamorphose normale ; les cellules cilikes ne sont pas capables de se diffkrencier en autres types cellulaires. Les collencytes sont chargks de former une structure cellulaire tridimensionnelle, indispensable pour la diffkrenciation d’autres cellules et l’organisation de l’kponge. Les pinacocytes ne peuvent remplacer 1~s collencytes dans ce processus. Les archaeocytes sont des cellules totipotentes, qui peuvent se diffkrencier en choanocytes, pinacocytes et collencytes. La diffkrenciation des cellules au tours de la morphogkn&se et le dkveloppement des kponges est discutke. The principal cell types of the free-swimming larva of My&e conturenii (Martens) are cited and their distribution in the larva is described. By the excision of different parts of the larva, cultures of larval cells are obtained with one cell-type either greatly preponderant or entirely absent. The cultures of the central part of the larva contain a large number of archaeocytes and collencytes, but they do not contain any cells of the larval ciliated epithelium. The archaeocytes form small groups which differentiate progressively into choanoblasts and choanocytes. The functional sponge is obtained 3-4 days after the beginning of the experiment. The cultures of the larval ciliary epithelium, containing also a certain number of collencytes and some archaeocytes, transform rapidly into a great number of normal flagellate chambers. Epithelial cells that are not included in chambers cytolyze. It is concluded that the ciliary epithelial cells form the flagellate chambers in the course of the normal development of the sponge and this is their unique capacity. The construction of the three dimensional structure, necessary for the cell organization, is due to the activity of the collencytes; the pinacocytes cannot replace collencytes in this process. Archaeocytes can differentiate both into the choanocytes and into the collencytes, so they are totipotent. Cell differentiation during the morphogenesis and development of sponges is discussed. BIBLIOGRAPHIE BOHOJEVIC:,

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