Quelques aspects histologiques de Limnocnida tanganyicae

Experimental

Cell Research 13, 529-544

QUELQUES

(1957)

ASPECTS HISTOLOGIQUES

LIMNOCNIDA OBSERVATIONS

529

DE

DE

TANGANYICAE

COUPES

ULTRAFINES

AU

MICROSCOPE

I?I~ECTRONIQUE J. BOUILLON,

P. CASTIAUX

et G. VANDERMEERSSCHE

Universiti Libre de Bruxelles, Institut pour la Laboratoire de Zoologie et de Biologic Animale, Recherche Scientijique en Afrique Centrale, et Centre de Microscopic Electronique MMical, Industriel et Agricole, Uccle-Bruxelles, Belgique Requ le 1 mai 1957

SI l’examen de coupes ultrafines au microscope electronique a fait faire dcs progrcs considerables a nos connaissances sur la structure intracellulaire, ces methodes ont, par contre, Cti: peu employees pour rdsoudre des problemes histologiques. Par la simplicite de leur structure didermique et la presence d’organites aisement identihables tels que les nematocystes et les vacuoles de reserve, les Coelentirres offrent un materiel de choix pour l’etude histologique au microscope dlectronique. Nous nous sommes proposes d’etudier l’histologie de l’anneau urticant, du canal circulaire, du velum et des tentacules de Limnocnida tanganyicae, Limnomeduses, dont l’un de nous vient de terminer l’etude histologique par les methodes classiques [7]. Les animaux recoltes dans les eaux du lac Tanganyika ont et6 fixes dans le fixateur d’Altmann (acide osmique 2%, bichromate de potassium 5 “/o). Les fragments a Ctudier ont Cte enrobes dans du methacrylate de butyle selon la methode courante et coupes a l’aide d’un microtome Porter-Sorvall. Les coupes obtenues avaient une Cpaisseur variant entre 150 et 250 A. Les preparations ont CtC examinces au microscope electronique Philips E.M. 100B du Centre de Microscopic Electronique (( CEMEMIA D, Uccle. Endoderme

du canal circulaire

On sait que les Coelenteres presentent deux phases de digestion successives : une phase de digestion extracellulaire et une phase de digestion intracellulaire. Chez Limnocnida le terme de ces processus digestifs consiste dans la formation de substances assimilables, de vacuoles proteiniques de reserve et de vacuoles excretrices [7]. 34 - 573706

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La Fig. 1 nous montre l’aspect au microscope optique d’une portion du canal circulaire et de l’anneau urticant de Limnocnida; on distingue vacuoles de r&serve (R), les vacuoles digestives (V) et les vacuoles cxcrktrices (E). Les Fig. 2, 3, 4 et 5 sont des micrographics Clectroniques de fragments de cellules endodermiques du canal circulaire. On note la prkence de mitochondries (M) et de bgtonnets d’ergastoplasme (Er) entourant les inclusions digestives (R). Au sein de l’hyaloplasme on distingue Pgalement des vacuoles digestives (V) h parois souvent lobulGes, des membranes intracytoplasmiques et de curieuses formations vkiculeuses trk abondantes prkentant en coupes une forme de U plus ou moins ouvcrt. Les cellules des CorlcntCr& sont, nous le savons, caractkiskes par leur aspect vacuolisk lid h la grande concentration aqueuse esistant h l’int6rieur de leurs tissus (plus de 99 y0 pour l’cnsemble des tissus de Limnocnida). Les observations au microscope klectronique confirment la faible densitii des Clbments intracytoplasmiques, notamment la dispersion des mitochondries et de l’ergastoplasme. Alitochondries Grdcc aux rkcentes recherches faites au microscope klectronique la structure des mitochondries nous est bien connue 2 l’heure actuelle. Chez les Vertebr@s ces organites semblent bltis selon un meme plan, quelle que soit leur origine [l-6, 16, 17, 22, 231. Les mitochondries des cellules endodermiques du canal circulaire de Limocnida prkntent une structure fondamentalemerit semblable. G&kalement ovalaires, clles apparaissent parfois sphkriques. Ccs variations dbpendent en grande partie de l’incidence des coupes et de l’ktat physiologique de la cellule. Entour d’unc double paroi, le corps mitochondrial est cloisonnk par un systkme rayonnk de doubles membranes internes dont certaines semblent en continuit6 avec la membrane interne de l’enveloppe. Or, on sait que chez les Vertkbrks ces lamelles sont gPn6ralemcnt perpendiculaires au grand axe de l’organite et que ce n’est qu’exceptionnellement qu’elles sont en continuitk avec la membrane interne de la double paroi limitante. Les mitochondries observkes dans les cellules de Limnocnida sont de faible

Fig. l.-Microphotographie d’une coupe de fragment d’exombrelle de Limnocnida passant au niveau de l’anneau urticant et du canal circulaire. E, vacuoles excrktrices; I?, sphkules digestives; V, vacuoles digestives. Microscope optique, objectif A immersion. Fig. 2.-Micrographic Clectronique d’une vacuole digestive initiale. On remarque les fragments ing&s au tours de la digestion intracellulaire ainsi que des structures lamellaires. Grossissement 83.700 x . Experimental

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taille (grand axe 0,lO a 0,25 p, petit axe 0,lO a 0,14 p) par rapport a celles des Vertebres qui atteignent frequemment des dimensions superieures au micron. Ergastoplasme Propre a l’endoplasme des cellules secretrices, l’ergastoplasme est consider-6 actuellement comme une specialisation locale du “reticulum endoplasmique” [16, 181. L’ergastoplasme se presente generalement, quelle que soit l’orientation des coupes, sous la forme de structures lamellaires paralleles. Les grains de Palade repandus dans tout le “reticulum” sont particulierement abondants au niveau des lamelles, donnant a ces structures leur aspect si caracteristique [4, 5, 6, 9, 12 et 251. Les microsomes decrits par les biochimistes resulteraient du fractionnement de ces structures ergastoplasmiques, les grains de Palade correspondant a la portion ribonucleique des microsomes, les structures lamellaires portant vraisemblablement leur stock enzymatique [ 181. Les recentes experiences de Bernhard et Rouiller [6] semblent, de plus, demontrer l’etroite relation fonctionnelle existant entre ces formations ergastoplasmiques et le systeme mitochondrial. Les cellules endodermiques du canal circulaire de Limnocnida contiennent quoique tres des formations que nous pensons Ctre ergastoplasmiques dispersees. Ces structures sont constituees d’une serie de doubles membranes assez Cpaisses, parsemees exterieurement de nombreux granules de Palade mesurant environ 150 A. La matrice interne de ces elements ergastoplasmiques apparait plus dense que l’endoplasme environnant. Inclusions

de reserve

Ces organites proteiniques sont ClaborCs au sein des cellules absorbantes. Leur evolution cytologique peut se resumer comme suit : les substances provenant de la digestion extracellulaire sont absorb&es par les cellules endodermiques au niveau des vacuoles digestives. Celles-ci s’agglomerent et forment des spheres muriformes riches en acide ribonucleique qui se fragmentent ulterieurement en spherules plus petites mais presentant les memes caracteres. Ces spherules vont soit Ctre assimilees immediatement, soit se transformer partiellement ou totalement en vacuoles de reserve [7, 211. Les micrographics electroniques 2, 3, 4 et 5 nous montrent quelques stades de la transformation des vacuoles digestives en organites de reserve. La premiere correspond a une coupe passant au niveau d’une vacuole digestive Experimental

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Fig. 3 et 4.-Micrographics Clectroniques de portions de cellules endodermiques du canal circulaire de Limnocnida. On distingue les mitochondries (Al) et I’ergastoplasme (Er) entourant les spherules de reserve (R). V, vacuoles digestives. Grossissements : Fig. 3, 24.700 x ; Fig. 4, 28.000 x . Fig. 5.-Partie agrandie de la Fig. 3 montrant les details de l’ergastoplasme (Er) et des mitochondries (If). On note la presence de formations vesiculeuses en forme de U (voir Cgalement Fig. 3 et 4). V, vacuoles digestives. Grossissement 34.600 x Fig. 6.-Limite de trois cellules endodermiques tentaculaires. Remarquer les doubles membranes cellulaires et les vacuoles (V). Grossissement 40.300 x . Experimental

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initiale; on y distingue des fragments ingCrCs triis denses aux electrons et de nombreuses structures lamellaires d’aspect ergastoplasmique. Les Fig. 3, 4 et 5 nous montrent par contre la structure des inclusions de rkserve dCfinitivement constituees. A l’encontre des observations faites au microscope optique les micrographies &lectroniques nous montrent que ces vacuoles de &serve sont hCt&og&nes. En effet, elles contiennent encore des petits fragments de substances ingkrees et des rEsidus lamellaires. Endoderme

tentaculaire

L’endoderme des tentacules de la m@duse Limnocnida est form& de cellules t?pithklio-musculaires t&s vacuolisees. La majeure partie du volume de la cellule est occupde par une vacuole centrale, le cytoplasme ktant refoulb. B la pkriphhrie, accole en une mince pellicule tout au long de la membrane cellulaire. La Fig. 6 nous montre les limites dc trois cellules endodermiques, on distingue les doubles membranes cellulaircs et les vacuoles (V). Le noyau de ces cellules endodermiques est ovalaire; gkneralement basal, il fait hernie dans la vacuole centrale et est inclus dans une mince bande cytoplasmique. La Fig. 7 nous montre un de ces noyaux. On observe la chromatine lbchement dispersde sous forme de petits grains irrCguliers, le nuclkole ovalaire trk dense et finement granulcux ainsi que par endroits, la double membrane nuclkaire. Examinii h des trCs forts grossissements (de l’ordre de 200.000 fois) le nuclkole apparait comme Ctant form6 de granulations trk serrkes; plus ou moins condensks en quelqucs trainees, lesquelles prksentcnt une certaine rEgularit et donnent B l’ensemble un aspect r@ticulC ou pelotonnd t&s diffkrent de celui ddcrit chez les nucl&les de VertCbrk par Bernhard et ses collaborateurs [2%6, 81. On pourrait se demander si cc ne sont pas ces train&s apparamment Gticul@es ou pelotonnks qui suggkent l’hypothke d’un constituant filamenteux ou nuclPolonema au sein des nucl&lcs des Vertkbr@s. De toute faTon l’existence d’une telle structure reste h dEmontrer chez les Invertkbrk. Des structures fibrillaires se rencontrent toutefois dans la region p&iphkique du nuclkole mais sont alors extrkmement tknues. 11 est gtkkralement admis ti l’heure actuelle que le nucleolonema et principalement les structures granuleuses observkes g son niveau reprksentent la phase ribonuclGque si caractEristique du nuclCole, l’hdtkrochromatine &ant analogue ZXla (( pars amorpha )) [9, 51. Etant donne les grossissements Experimenfal

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Aspects hisfologiques de Limnocnida

Fi o ‘I.-Koyau d’une cellule endodermique tentaculaire 111: kmique. Le nuckole est finemcnt granuleux, sa r&ion GI .ossissement 42.000 ):

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inclus dam une mince pellicule cytop&riphCrique est plus dense et peu nette.

01denus, les structures fibrillaires obserwks au niveau du ra ient correspondrc 5 des macromolkxdes fibrcuses d’acide La region p@riphkique du nucl6olc est plus dense et nc UI le limite nette. Certains 616ments (granulations et fibrilles) le urs se r&pan&x clans le sue nucl6aire. Experimental

nuclGole pourribonncl&que. reprkcnte pas semblent tl’ailCell Research

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Fig. 8.-Micrographic fortement agrandie du nuclkole represent6 dans la Fig. 7. Noter granuleux et les structures fibrillaires pCriphCriques. Grossissement 185.000 x . Experimental

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l’aspect

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vtTlaite

Les fibres musculaires se differencient chez les Coelenteres dans le cytoplasme basal des cellules Cpitheliales ectodermiques et endodermiques. Chez les meduses la musculature du velum et de la sous-ombrelle est particulierement developpee et de plus, strike. De nombreux auteurs se sont attaches a discuter la structure submicroscopique de ces muscles; pour les uns elle serait semblable a celle des muscles stries de VertCbrCs, pour les autres elle serait totalement differente. Les Fig. 9 et 12 nous montrent des muscles Cpitheliomusculaires du velum de Limnocnida. Ces fibres musculaires constituees d’un nombre relativement restreint de fibrilles (environ 20), sont caracterisees par une succession de zones alternativement sombres et claires. L’ensemble de ce systeme fibrillaire est homologue a un myotibrille de muscle strie de Vertebres; sa structure semble d’ailleurs en Ctre tres voisine. Les zones sombres pourraient en effet correspondre aux zones des muscles des Vertebres; tout comme celles-ci elles sont partagees en deux portions par une bande moins coloree qui serait dirs lors identique a la bande H. Les zones claires s’apparenteraient aux zones I. Le disque Z si caracteristique du muscle de Vertebres ne se retrouve pas sur nos micrographics, mais ii est actuellement admis que c’est par cette bande Z que le signal de la contraction est transmis de myofibrille a myohbrille au travers d’un meme muscle; on pourrait admettre que chez les Coelenteres oti l’ensemble des elements musculaires d’une cellule epithelio-musculaire correspond a une myofibrille isolee, une telle disposition n’est pas necessaire. L’examen au microscope electronique nous permet Cgalement de preciser la position de ces tibres. On sait en effet que si pour la majorite des auteurs les fibres musculaires des Coelenteres se trouvent au sein d’expensions basilaires a l’interieur des cellules, d’autres tel que Holmes [13], nient une telle disposition et admettent la position extracellulaire des fibres musculaires. Les micrographics electroniques ne laissent subsister aucun doute : la fibre musculaire se trouve a l’interieur de la cellule, accolee a la mCsogl@e a laquelle elle est d’ailleurs attach&e en plusieurs endroits (Fig. 9 et 11). On pourrait imaginer que ces points d’attache permettent la transmission de contraction, d’une cellule a l’autre et au travers du velum par l’intermediaire de la mesoglee fibrillaire. Nhmatocystes L’examen Limnocnida

de coupes ultrafines des tentacules et de l’anneau urticant nous permet d’apporter quelques precisions sur la structure Experimental

de de

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Fig. 9, 10 et 11. Micrographics Clectroniques de muscles stries du velum de Limnocnida, mol ltrant la structure, la disposition et les points d’attaches des Blbments musculaires. Al, m8soglCe. Grossissements : Fig. 9, 73.500 x ; Fig. 10, 106.000 x ; Fig. 11, 69.000 x . Experimental

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Aspects hisfologiqrres de Limnocnida

Fig. i 2.-Portion

de la Fig. 10 fortement

agrandie.

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Grossissement

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227.200 x . Esperimenfal

&elf Reseal vh 13

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la paroi capsulaire des filaments internes ainsi que sur la g&r&se des nematocystes. La question de la structure de la paroi capsulaire a Cte longuement discutee [26]. Pour certains auteurs elle serait simple pour d’autres elle serait double, pour d’autres encore elle serait triple. L’examen au microscope electronique permet de distinguer trois zones dans cette paroi. On observe une zone mediane Cpaisse (0,2 ,LL)d’aspect homogene et amorphe, limit&e exterieurement et interieurement par une pellicule granuleuse de texture heterogene. (Fig. 14 et 15.) La region externe pourrait correspondre R une condensation du cytoplasme de la cellule aux depens de laquelle s’est differenciee la vesicule nematocystaire; la region granuleuse interne correspondrait peut-&tre aux limites de la vacuole nematocystaire. 11 faut noter toutefois que l’observation de nematocystes devagines au microscope optique montre la presence d’une membrane intracapsulaire frippee distincte de la paroi et qui pourrait s’apparenter h la couche granuleuse interne. L’examen de coupes ultratines de nematocystes devagines nous donnera la solution du probleme. La Fig. 15 nous montre une portion de nematocyste coupe longitudinalement; on distingue a droite la hampe (H) et le filament (8’) coupes superticiellement. A l’interieur de la hampe on remarque une serie d’epines invaginees. A gauche de la figure on distingue quelques coupes transversales du filament (F). On note la presence d’epines. La paroi capsulaire (P) de cette portion de nematocystes est recouverte interieurement et extbieurement de granules; du c6tC interne on remarque a gauche une serie de renforcements plus denses aux electrons. Schulze [20] a signal4 l’existence de grossissements localises sous l’opercule chez les stenoteles de l’hydre. 11 pourrait s’agir de structures identiques. urticant offre un materiel En ce qui concerne la cnidogenese, l’anneau particulierement interessant, puisque c’est a son niveau que se forment les nematocystes. Nous pourrons done esperer y trouver tous les stades de transition. De plus il n’existe ches Limnocnida qu’un seul type de nematocyste, toutes les figures observees se des euryteles heterotriches microbasiques, rapportent done a la m&me evolution. Nous ne montrerons ici que quelques figures illustrant l’aspect general du phenomene tel que nous pouvons l’interpreter a I’aide de nos premieres observations au microscope Clectronique. Les hypotheses developpees ci-dessous doivent 6tre considerees comme &ant preliminaires. Ces recherches sont actuellement en tours et portent sur differents types de nematocystes tant au repos que devagines. La Fig. 13 nous montre un fragment de l’anneau urticant, a gauche on Experimental

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observe un nematoblaste au premier stade de son evolution. A l’interieur de la cellule on distingue la vesicule nematoblastique (V) ou la paroi capsulaire se differencie deja ainsi que le noyau (N) tres allonge qui lui est accole. La Fig. 14 correspond a un nematoblaste un peu plus age, la paroi capde la vesicule est constitude, et l’interieur sulaire (P) est detinitivement occupe par une vacuole (V) de structure heterogene. L’Ctude de nombreuses micrographics Clectroniques semble montrer que cette vacuole se condense en se transformant en un Cpais filament enroule plusieurs fois sur lui-meme au sein de la vesicule et entoure sur toute sa longueur par une gaine vacuolaire. Les Fig. 16, 17 et 18 nous montrent des coupes transversales de tels stades, on y remarque les filaments tres denses aux electrons et les limites de la vacuole. Ces figures illustrent Cgalement le fait que les sections du tilament sont de diametre variable (certaines portions correspondent peut-6tre a la hampe, d’autres portions correspondent au tube nematocystaire). Primitivement homogene ce filament subit des modifications importantes. 11 va s’evider et l’on voit des structures epineuses se differencier en son sein. Les Fig. 17 et 18 nous montrent diverses phases de la transformation du filament initialement compact en une structure creuse, tubulaire arm&e interieurement d’epines. De nombreuses lacunes subsistent encore dans cet essai d’interpretation de la cnidogenese, pour ne titer que la formation de l’opercule et la soudure des structures filamenteuses au niveau de la paroi capsulaire. L’existence de structures Cpineuses a l’interieur des filaments et de la hampe est toutefois clairement demontree et nous semble un argument supplementaire en faveur de l’hypothese de la devagination du filament nematocytaire. La formation de la hampe et du tube nematocytaire par differentiation sur place aux depens d’un filament prealablement constitut? nous permet d’exclure les differentes et souvent complexes theories invoquees pour expliquer la croissance des structures tilamenteuses intra-capsulaires. En depit de leur caractere fragmentaire ces recherches nous permettent de confirmer des structures mises en evidence par la microscopic optique tout en apportant des precisions qui permettent eventuellement de mieux comprendre le fonctionnement de certains organites. L’avenir nous permettra d’approfondir chacun des problemes souleves.

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Fig. 13, 14, 16, 17 et 18.-Micrographics Clectroniques de coupes de fragments d’anneau urticant de Limnocnidu montrant quelques aspects de la cnidogenese. N, noyau; P, paroi du nematocyste; V, vesicule nematocytaire. Grossissements : Fig. 13, 28.000 x ; Fig. 14, 29.400 x ; Fig. 16, 19.600 x ; Fig. 17, 86.100 x; Fig. 18, 86.100 x. Fig. 15.--Coupe d’un nematocyste adulte de Limnocnida (Eurytele microbasique heterotriche). On distingue la paroi de la vesicule (P), le filament coupe longitudinalement et transversalement (F) ainsi que la hampe (If). Grossissement 30.800 x . Experimental

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de Limnocnida

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L’histologie de differentes parties de Limnocnida tanganyicae (Limnomeduse) a etd PtudiCe a l’aide du microscope Clectronique, en particulier l’anneau urticant, le canal circulaire, le velum et les tentacules ont et& decrits. de la cnidogenese Quelques hypotheses sont avancees : une interpretation est donnee. SUMMARY

The histology of different parts of Limnocnida tanganyicae (Limnomedusae) has been studied with the electron microscope: the nettle-ring, the marginal canal, the velum and the tentacles have been described. Some hypotheses have been proposed; an interpretation of the cnidogenesis has been given.

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