Le développement de l'œuf fécondé chez la salamandre est un processus fascinant et complexe qui a attiré l'attention des scientifiques pendant plus d'un siècle. Des expériences pionnières en embryologie aux découvertes récentes en matière de clonage, l'étude du développement de la salamandre a contribué de manière significative à notre compréhension de la biologie du développement.
Hans Spemann et le pouvoir organisateur
Hans Spemann, zoologiste allemand né en 1869 et décédé en 1941, est considéré comme le fondateur de l'embryologie en tant que discipline constituée. Ses recherches ont porté sur les lois primaires qui régissent le mécanisme de la différenciation tissulaire de l'œuf en embryon. Spemann recherchait des relations de causalité et réalisait des expériences de transplantations de fragments de tissus primitifs dans des larves d'amphibiens à un stade précoce de leur formation par microchirurgie.
Il a ainsi mis en évidence le pouvoir organisateur de certains de ces fragments sur le développement de leur environnement. Il a également découvert une hiérarchie de ces tissus primitifs, appelés « centres organisateurs », en fonction de leur puissance inductrice. Spemann a notamment découvert le rôle primordial d'un orifice embryonnaire, le blastopore, dans la formation du système nerveux.
L'un des premiers défis que Hans Spemann a dû relever a été de trouver comment diviser les deux cellules d'un embryon beaucoup plus collantes que les cellules d'oursin. Spemann a façonné un petit nœud coulant à partir d'une mèche de cheveux de bébé et l'a serré entre deux cellules d'un embryon de salamandre jusqu'à ce qu'elles se séparent. Étonnamment, chaque cellule est devenue une salamandre adulte.
Toujours à l'aide d'une mèche de poils de bébé attachée à un nœud coulant, Hans Spemann a temporairement pressé un œuf de salamandre fécondé pour pousser le noyau sur un côté du cytoplasme. L'œuf se divise en cellules, mais seulement sur le côté avec le noyau. Après quatre divisions cellulaires, qui ont formé 16 cellules, Spemann a détaché le nœud coulant, laissant le noyau de l'une des cellules glisser de nouveau dans le côté non diviseur de l'œuf. Il a utilisé le nœud coulant pour séparer cette « nouvelle » cellule du reste de l'embryon.
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La reproduction et le développement larvaire de la salamandre tachetée
La reproduction de la salamandre tachetée est un cas particulier parmi les amphibiens d'Europe Centrale. Alors que la plupart des amphibiens se rendent dans des étangs et des mares au printemps durant une certaine période, afin de s'accoupler et d'y déposer leurs œufs, les salamandres tachetées s'accouplent exclusivement hors de l'eau. La période d'accouplement dure d'avril à septembre avec un pic d'activité en juillet.
Après l'accouplement, les œufs se développent dans le corps de la femelle. La salamandre met bas d'octobre à avril et dépose ses larves dans les fontaines ou dans l'eau très limpide des petits ruisseaux. À sa naissance, la jeune larve a 30 à 33 millimètres de longueur, son museau est large, ses branchies externes sont assez touffues et ses quatre membres sont formés. Elle se déplace avec facilité au moyen de sa nageoire dorso-caudale assez large et longue, moins effilée que celle des larves des tritons et remontant moins haut sur le dos.
La larve est d'un brun plus ou moins foncé, marqué de taches noirâtres plus ou moins apparentes sur les parties supérieures. La nageoire dorso-caudale est maculée de taches noires. Les membres sont marqués de jaune blanchâtre près de l'endroit où ils touchent au corps. Les parties inférieures sont incolores et la peau, très transparente, laisse apercevoir les viscères.
La jeune bête se nourrit d'insectes aquatiques et de leurs larves. Plus tard, lorsqu'elle sera plus forte, elle avalera les sujets de son espèce nés récemment, et plus la nourriture sera abondante, plus son développement sera rapide. À mesure qu'elle grandit sa coloration s'assombrit, mais vers la fin de la période larvaire des taches jaunâtres se montrent par endroits sur les parties supérieures.
Puis les poumons se forment pendant que les branchies s'atrophient de plus en plus, et la jeune salamandre, ayant besoin d'air, vit sur les pierres ou les plantes, près de la surface. Sa nageoire dorso-caudale diminue, sa queue s'arrondit, enfin elle sort de l'eau et va se cacher sous les pierres ou dans les trous humides. Elle a alors un costume plus ou moins noir marqué de taches jaunâtres et ne tarde pas à prendre la coloration de ses parents. Au moment de sa transformation, elle a 55 à 65 millimètres de longueur ; à un an, elle a de 95 à 115 millimètres ; à deux ans, 120 à 140 millimètres.
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Lorsque les larves sont nombreuses dans le même endroit, il n'est pas rare de trouver des sujets dont les branchies ou les pattes ont été arrachées par les autres larves. Le premier cas est toujours assez grave ; quant au second, le mal n'est pas irréparable, car les membres ne tardent pas à se reformer.
Observations sur le développement larvaire en captivité
Des observations ont été faites sur le développement larvaire de la salamandre en captivité. Le 5 avril 1892, des larves nées en février et mars ont été placées dans un aquarium muni d'un rocher. Les larves ont été nourries avec des vers de vase et l'eau a été maintenue très claire. L'aquarium a été placé à l'abri des rayons du soleil.
Du 8 au 30 mai, les jeunes salamandres ont quitté leurs branchies et ont vécu sur le rocher. Elles avaient les parties supérieures noires et marquées de grandes taches dorées du plus bel effet. Ces taches ont peu à peu perdu leur coloration métallique et sont devenues d'un beau jaune clair. En dessous, la peau était mince, incolore et laissait apercevoir un peu les viscères.
Chez les jeunes sujets qu'on place dans des cages immédiatement après leur transformation et qui vivent sous la mousse, dans l'obscurité, on remarque que la teinte dorée, métallique, est moins brillante que chez ceux qui vivent sur les rochers des aquariums dans lesquels on les a élevés. Après sa sortie de l'eau, la jeune salamandre transformée est avide de pucerons et d'une foule de petits insectes. Elle dévore aussi les vers de vase qu'on place près d'elle, sur le rocher ou sur la mousse.
Le 5 avril 1892, une vingtaine de larves semblables à celles qui avaient été élevées dans les aquariums ont été laissées dans les fontaines de Lavernier et de la Colombe. Ces fontaines ont été souvent visitées pendant que ces larves s'y développaient. Du 14 au 22 octobre 1892, un assez grand nombre de larves naissantes ont été prises dans les fontaines de Lavernier et de la Colombe. D'autres larves nouvellement nées et ayant exactement la même taille (32 à 33 millimètres) ont été envoyées de Lourdoueix-Saint-Michel. Toutes ces larves ont été placées dans un aquarium et ont été nourries avec une abondante nourriture composée de vers de vase. Elles se sont transformées et sont sorties de l'eau du 8 janvier 1893 au 10 mars suivant.
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Dans la nuit du 15 au 16 octobre 1892, une femelle a déposé quelques larves dans une fontaine des environs d'Argenton. Pendant les nuits suivantes, cette femelle (ou une autre) est venue placer au même endroit un certain nombre de petits, car le 26 octobre les larves y étaient nombreuses. Le 3 décembre suivant, ces larves avaient à peine grossi, les vivres étant rares dans la fontaine. Le 9 janvier 1893, elles étaient un peu plus fortes. Le 28 janvier, une d'elles avait 54 millimètres de longueur, mais les autres étaient beaucoup plus petites. Le 14 février, la grande larve avait 58 millimètres. Quelques larves naissantes avaient été déposées récemment dans la fontaine et servaient de nourriture aux autres. Le 2 mars, la grande larve avait 62 millimètres. Les moyennes avaient de 40 à 50 millimètres. Il y avait avec elles un assez grand nombre de très jeunes sujets de 30 à 33 millimètres déposés depuis peu par les femelles. Le 22 mars, la grande larve avait toujours 62 millimètres, ses branchies étaient presque entièrement résorbées et elle allait sortir de l'eau. Ses autres compagnes avaient grandi. Des larves naissantes ont encore été trouvées et l'une d'elles a été dévorée devant les yeux des observateurs par une de ses grandes sœurs. Le 20 avril, beaucoup de sujets n'avaient presque plus de branchies et allaient se transformer. Depuis la dernière visite, les plus forts individus avaient quitté l'eau. Le 13 mai, toutes les larves qui restaient ont été enlevées et portées dans un ruisseau.
De toutes ces expériences d'élevage en captivité ou en liberté, il a été conclu que la larve de la salamandre peut se développer en trois mois lorsqu'elle est fortement constituée et si elle trouve une nourriture abondante dans l'endroit où elle est placée, mais qu'elle peut rester le double de ce temps à l'état larvaire si la nourriture est très rare dans la fontaine. La salamandre ne dépose pas toujours ses petits pendant la nuit ; elle vient aussi à l'eau en plein jour pour y mettre bas.
L'œuf fécondé des autres amphibiens
Tous les batraciens, à l'exception de la salamandre terrestre, sont ovipares, c'est-à-dire que le développement de l'œuf fécondé s'effectue généralement dans l'eau. Dès la ponte de la femelle, les œufs sont fécondés par le mâle et l'on observe le développement d'une gangue muqueuse ou encore gaine gélatineuse.
La gangue, qui gonfle après la ponte, est une sorte de membrane transparente plus ou moins épaisse qui joue le rôle d'enveloppe protectrice vis-à-vis des attaques des prédateurs et/ou d'éventuelles bactéries contenues dans l'eau. Chaque œuf (point noir, gris ou brun) possède sa propre gangue et se différencie des autres espèces par sa forme (en amas, chapelet, ruban, seul), sa couleur et l'endroit de ponte.
Ainsi, par exemple, la ponte d'une grenouille rousse flotte en surface alors que celle d'une grenouille verte ou rainette est totalement immergée ou accrochée aux plantes aquatiques. Le nombre d'œufs varie également selon les espèces : la ponte d'une grenouille verte peut atteindre les 10 000 œufs, celle d'une grenouille rousse 3 500 et jusqu'à 1 000 œufs pour la rainette verte.
Le développement de l'embryon au sein de l'œuf varie entre 2 et 3 semaines et une période de 3 mois pour que le têtard devienne grenouille. 3 années de patience seront ensuite nécessaires à la grenouille pour être mature et migrer à son tour pour se reproduire.
Les premiers clones
Robert Briggs et Thomas King ont transféré le noyau d'un embryon de têtard précoce dans un œuf de grenouille énucléé (un œuf de grenouille dont le noyau avait été retiré). Les scientifiques ont créé de nombreux clones de têtards normaux en utilisant des noyaux d'embryons précoces. Plus important encore, cette expérience a montré que le transfert nucléaire était une technique de clonage viable. Elle a également renforcé deux observations antérieures. Premièrement, le noyau dirige la croissance cellulaire et, en fin de compte, le développement de l'organisme.
John Gurdon a transplanté le noyau d'une cellule intestinale de têtard dans un œuf de grenouille énucléé. Cette expérience a montré qu'en dépit d'échecs antérieurs, les noyaux de cellules somatiques d'un animal pleinement développé pouvaient être utilisés pour le clonage.
Les ovules de mammifères sont beaucoup plus petits que ceux des grenouilles ou des salamandres et sont donc plus difficiles à manipuler. À l'aide d'une pipette en verre, J. Derek Bromhall a transféré le noyau d'une cellule embryonnaire de lapin dans un ovule de lapin énucléé. Cette expérience a montré que les embryons de mammifères pouvaient être créés par transfert nucléaire. Pour montrer que les embryons pouvaient continuer à se développer, Bromhall aurait dû les placer dans l'utérus d'une lapine mère.
Steen Willadsen a utilisé un procédé chimique pour séparer une cellule d'un embryon d'agneau à 8 cellules. Il a utilisé un petit choc électrique pour le fusionner à un ovule énucléé. Après quelques jours, Willadsen a donc placé les embryons d'agneau dans l'utérus d'une mère porteuse de mouton. Cette expérience a montré qu'il était possible de cloner un mammifère par transfert nucléaire et que le clone pouvait se développer pleinement.
En utilisant des méthodes très similaires à celles utilisées par Willadsen sur les moutons, Neal First, Randal Prather et Willard Eyestone ont produit deux veaux clonés. Cette expérience a ajouté les vaches à la liste des mammifères qui pourraient être clonés par transfert nucléaire. Pourtant, le clonage de mammifères se limitait à l'utilisation de cellules embryonnaires comme donneurs nucléaires.
Toutes les expériences de clonage précédentes utilisaient des noyaux de donneurs provenant de cellules d'embryons précoces. Ian Wilmut et Keith Campbell ont transféré les noyaux des cellules cultivées dans des ovules de mouton énucléés. Cette expérience a montré que les cellules cultivées peuvent fournir des noyaux donneurs pour le clonage par transfert nucléaire.
Dans cette expérience historique, Wilmut et Campbell ont créé un agneau en transférant le noyau d'une cellule du pis d'un mouton adulte dans un œuf énuclée. Jamais auparavant un mammifère n'avait été cloné à partir d'une cellule somatique adulte.
Le noyau de chaque cellule contient un ensemble complet d'informations génétiques. Cependant, alors que les cellules embryonnaires sont prêtes à activer n'importe quel gène, les cellules adultes différenciées ont arrêté les gènes dont elles n'ont pas besoin pour leurs fonctions spécifiques. Lorsqu'un noyau de cellule adulte est utilisé comme donneur, son information génétique doit être ramenée à un état embryonnaire. Sur 277 tentatives, une seule a produit un embryon qui a été porté à terme chez une mère porteuse. Cet agneau célèbre, nommée Dolly, a mis le clonage sous les feux de la rampe.
Les primates sont de bons modèles pour étudier les troubles humains. Semblable aux expériences de clonage précédentes, l'équipe de scientifiques de Li Meng, John Ely, Richard Stouffer et Don Wolf a fusionné des cellules embryonnaires au stade précoce avec des ovules de singe énucléés en utilisant un petit choc électrique. Les embryons résultants ont ensuite été implantés dans des mères porteuses. Sur 29 embryons clonés, deux singes sont nés.
Campbell et Wilmut avaient déjà créé un clone en utilisant le noyau d'une cellule cultivée. Cette fois, les chercheurs s'associent à Angelika Schnieke et ont introduit le gène du facteur IX humain ( » facteur neuf « ) dans le génome de cellules de peau de mouton cultivées dans un plat de laboratoire. Pour créer le mouton transgénique, les scientifiques ont effectué un transfert de noyau en utilisant l'ADN du donneur provenant des cellules transgéniques cultivées.
Après les succès qui ont mené à Dolly et Polly, d'autres scientifiques voulaient voir si des techniques similaires pouvaient être utilisées pour cloner d'autres espèces de mammifères. En peu de temps, plusieurs autres animaux avaient été clonés avec succès.
Au fur et à mesure que la liste des animaux clonés s'allongeait, les scientifiques ont commencé à explorer le clonage comme moyen de créer des animaux appartenant à des espèces en voie de disparition ou éteintes. L'un des défis du clonage d'espèces en voie de disparition ou éteintes est de trouver des animaux étroitement apparentés pour servir de donneurs d'ovules et de substituts.
En 2009, en utilisant des chèvres comme donneuses d'œufs et mères porteuses, un autre groupe de chercheurs a cloné le premier animal éteint, une chèvre de montagne espagnole appelée la bucardo.
Les chercheurs de l'équipe de Choukhrat Mitalipov ont prélevé une cellule sur un singe adulte et l'ont fusionnée avec un ovule énucléé. L'embryon a été laissé se développer pendant un certain temps, puis ses cellules ont été cultivées dans un plat de culture. Cette expérience a montré que le transfert nucléaire chez un primate, que les chercheurs avaient essayé pendant des années sans succès, était possible.
Surmontant des décennies de défis techniques, Mitalipov et ses collègues ont été les premiers à utiliser le transfert de noyau de cellules somatiques pour créer un embryon humain qui pourrait servir de source de cellules souches embryonnaires. Dans cette expérience, les chercheurs ont prélevé une cellule de la peau du patient et l'ont fusionnée avec un ovule donné.
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