/. Embryol. exp. Morph. Vol. 29, 1, pp. 175-196, 1973
175
Printed in Great Britain
Analyse de la morphogenese du pied des Oiseaux a
Faide de melanges cellulaires interspecifiques
I. Etude morphologique
Par MARIE-PAULE PAUTOU 1
Laboratoire de Zoologie, Universite scientifique et medicale de Grenoble
(Directeur: Professeur P. Sengel)
SUMMARY
Morphogenesis of the feet of birds, studied in limbs developed from
reaggregated heterospecific mesoderm
Experiments were undertaken to determine whether species-specific characters of chick
and duck mesodermal leg-bud cells are retained after dissociation and reaggregation in homoand heterospecific mixtures.
Prospective zeugopod and autopod mesoderm from chick and/or duck leg buds were
isolated, dissociated into a cell suspension and pelleted by centrifugation. The reaggregated
mesoderm was packed into a leg-bud ectodermal jacket; the recombined leg bud was then
grafted on the wing stump of a host embryo. Recombinants whose mesoderm was a homospecific reaggregate developed into typical chick or duck leg parts according to the specific
origin of the mesodermal component; the feet of nearly all these legs lacked antero-posterior
polarity. Recombinants containing heterospecific reaggregates were also capable of forming
reasonably organized leg structures.
The foot was not, as a rule, of the specific type expected of the majority component. In a
mixture of 75 % chick mesoderm cells and 25 % duck mesoderm cells, the feet which developed
were either of chick type or of composite chick/duck type, where typical chick areas were
next to typical or aberrant (steganoid) duck areas. When the ratio was reversed (25 % chick,
75 % duck), the majority of the feet were again of chick type or of composite chick/duck type,
the typical duck phenotype being exceptional. Even in a mixture of 10 % chick cells and 90 %
duck cells, duck-type feet were not obtained. They were all of composite type: half of their
interdigital zones were of chick type, the other half were occupied, in most cases, by underdeveloped, indented webbing or by one or several discrete flaps, and, in a few cases, by normal
webbing.
The vast majority of the feet developed from heterospecific mesoderm were characterized
by the profusion of the toes, which were not polarized along the a-p axis.
INTRODUCTION
La necrose morphogene joue au cours du developpement embryonnaire un
role important dans l'acquisition de la forme des organes (Gliicksmann, 1965;
Saunders, 1966). Ainsi le developpement dupied des Oiseaux, comme celui de
1
Adresse de I'auteur: Laboratoire de Zoologie, Universite scientifique et medicale de
Grenoble, B.P. 53 - Centre de Tri, 38 041 Grenoble Cedex, France.
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M.-P. PAUTOU
nombreux autres organes, est le resultat d'un equilibre entre la proliferation ou la
differenciation de certaines cellules et la mort selective, non moins importante,
d'autres cellules. Les travaux de Menkes, Deleanu & Hies (1965) temoignent
de l'intervention de ces processus dans la formation de la palette autopodiale
de l'Oiseau. Au cours de mes propres recherches, en partie inedites, j'ai pu suivre
egalement l'installation progressive des zones de necrose dans la patte du Poulet et
du Canard (Kieny & Pautou, 1970). Ainsi, chez le Poulet, le jeu de deux sequences
de necrose interdigitale, l'une marginale et l'autre profonde, aboutit vers 10
jours d'incubation a la liberation presque complete des quatre orteils. Chez le
Canard, les zones de necrose interdigitale s'installent plus tardivement (a partir
de 8,5 jours d'incubation), sont moins etendues, durent moins longtemps
(espace III-IV, 48 h chez le Canard; 60 h chez le Poulet) et contribuent seulement
au degagement de la phalange distale griffue des orteils II, III et IV. Ces derniers
restent de ce fait reunis par la membrane interdigitale, qui se developpera
en une ample palmure. L'espace I—II, non palme, est au contraire le siege
d'une necrose etendue semblable a celle qui apparait chez le Poulet.
Ces modalites de necrose morphogene, specifiques du Poulet et du Canard,
ont done un retentissement important sur les caracteres phenotypiques de la
patte de ces deux especes. II m'a alors semble opportun d'utiliser ces caracteres
comme 'marqueurs' de la differenciation cellulaire specifique et d'aborder, par
ce moyen, un ensemble de travaux se rapportant a l'analyse des mecanismes qui
regissent la mort cellulaire programmee.
J'ai deja etabli (Pautou, 1968), en accord avec les resultats de Hampe de 1957,
que les facteurs qui regissent cette mort programmee sont lies a la constitution
specifique du genome. En effet, des associations xenoplastiques et homoplastiques temoins de mesoderme et d'ectoderme de bourgeon de patte de
Poulet et de Canard ont permis d'attribuer au mesoderme le role exclusif dans la
differenciation de la membrane interdigitale, e'est-a-dire dans les modalites de
la necrose interdigitale.
A la suite de ces resultats, je me suis alors demande si la destinee specifique
des cellules d'une espece pouvait etre modifiee par le contact avec des cellules
de l'autre espece. Des experiences preliminaires (Pautou & Kieny, 1968), dans
lesquelles une faible proportion de cellules mesodermiques autopodiales de patte
de Canard avait ete introduite sous la crete apicale d'un bourgeon de patte de
Poulet, ainsi que des associations inverses, avaient montre que les cellules
implantees conservent la capacite de se developper conformement a leur origine
specifique. Neanmoins, l'implantation de mesoderme de Poulet dans un bourgeon de patte de Canard avait abouti plus souvent a la regression des membranes
interdigitales que l'introduction de mesoderme de Canard dans un bourgeon de
patte de Poulet n'avait conduit a la differenciation d'une palmure.
Doit-on alors penser que cette predominance du phenotype Poulet sur le
phenotype Canard est liee aux conditions experimentales requises dans cette
serie de greffes? En d'autres termes, cette predominance n'apparait-elle plus si
Morphogenese du pied des Oiseaux
177
on realise un melange homogene des deux especes de cellules dans la pulpe
mesodermique? C'est ce probleme particulier que j'ai aborde dans la presente
etude en realisant de nouvelles recombinaisons d'ectoderme et de mesoderme
de bourgeon de patte dont le composant mesodermique est constitue d'un
agregat heterospecifique de cellules de Poulet et de Canard. La destinee des
cellules des deux especes a pu etre etudiee par l'analyse des variations morphologiques de la membrane interdigitale des pattes qui se sont developpees a
partir des bourgeons a mesoderme mixte.
MATERIEL ET METHODES
Les experiences ont ete realisees sur des embryons de Poulet de race Leghorn
blanche (stades 19 a 22 de Hamburger & Hamilton, 1951) et sur des embryons
de Canard de race Pekin (stades 16 et 17 de Koecke, 1958). Elles consistent a
preparer un agregat homospecifique ou heterospecifique a partir de cellules
mesodermiques de bourgeon de patte, a le recouvrir d'une calotte ectodermique
de bourgeon de patte et a greffer le bourgeon de patte reconstitue a la place
d'un bourgeon d'aile.
(1) Preparation du composant mesodermique
Les suspensions cellulaires ont ete preparees a partir du mesoderme zeugopodial et autopodial presomptif de bourgeon de patte de Poulet de stade 21 de
Hamburger et Hamilton et de bourgeon de patte de Canard de stade 16 de
Koecke. Les deux stades ont ete choisis en raison de la similitude du volume des
bourgeons de patte chez les deux especes.
Suspensions cellulaires he'terospecifiques. Une suspension cellulaire a toujours
ete realisee a partir de 80 bourgeons de patte droite et gauche, preleves sur des
embryons de Poulet et de Canard. Pour realiser les proportions de 3 a 1, 60
bourgeons de patte de Poulet et 20 de Canard ont ete reunis; pour celles de 1 a 1,
40 de Poulet et 40 de Canard; pour celles de 1 a 3, 20 de Poulet et 60 de Canard
et enfin pour celles de 1 a 9, 8 bourgeons de patte de Poulet et 72 bourgeons de
patte de Canard ont ete reunis. Les bourgeons de patte sont incubes pendant 30
a 60 min (4 °C) dans un bain de trypsine-pangestine (solution de trypsine
lyophilisee sterile (Choay) a 0,5 % et de pangestine (Difco) a 1 % dans du liquide
de Earle sans calcium, ni magnesium). C'est dans ce milieu de dissolution que
Ton separe 1'ectoderme du mesoderme. Les 80 mesoblastes sont progressivement
accumules dans un deuxieme bain de trypsine-pangestine, a la temperature
ambiante. A la fin d'une periode d'incubation de 10 a 30 min, les mesoblastes
sont d'abord grossierement fragmentes, puis les tissus sont aspires dans une
pipette Pasteur et en sont rejetes a plusieurs reprises. Cette operation est faite
delicatement en evitant la formation de bulles d'air. On cree ainsi une turbulence
suffisante qui aboutit a une suspension cellulaire constitute en grande
majorite de cellules isolees. La suspension est transferee dans un tube de
12
E M B 29
178
M.-P. PAUTOU
centrifugation, additionnee de deux fois son volume de liquide de Tyrode et
centrifugee a 17000g, pendant 25 min, a 4 °C. L'agregat est delicatement detache
du fond du tube et transfere dans un melange de liquide de Tyrode et d'albumine
(1:1) dans lequel il sejourne jusqu'a l'etape suivante. Par ce procede de centrifugation des cellules dans le liquide enzymatique dilue, j'ai pu reduire, voire
empecher la formation de materiel gelatineux et obtenir un agregat cellulaire
compact, qui se manipule aisement par la suite.
Suspension cellulaire homospecifique. Des territoires presomptifs de zeugopode
et d'autopode ont ete preleves sur des embryons de Poulet ou de Canard. Us
ont ete traites selon le procede decrit ci-dessus a partir d'un nombre variable
(40 a 60) de bourgeons de patte.
(2) Preparation de la calotte ectodermique
Des bourgeons de patte de Poulet (stades 19 a 22 de H.H.) ou de Canard
(stades 16 a 17 de K.) sont soumis a l'action de la trypsine-pangestine, pendant
45 a 60 min, a 4 °C. Le bourgeon de patte traite est alors transfere dans le godet
a micrographie qui contient l'agregat cellulaire homo- ou heterospecifique.
L'ectoderme est detache et le mesoderme est rejete.
(3) Recombinaison
Immediatement apres avoir ete detachee, la calotte ectodermique est bourree
d'un morceau d'agregat mesodermique. On prend soin de bien pousser la masse
mesodermique (20000 cellules environ) dans le fond de la calotte ectodermique
afin que les cellules mesodermiques entrent en contact avec la crete apicale.
Puis le bourgeon recombine est greffe sur un moignon de bourgeon d'aile de
Poulet (stades 20 a 22 de H.H.) ou de Canard (stades 16 et 17 de K.) constitue
par le tiers basal du territoire presomptif du stylopode. Un agregat cellulaire
prepare a partir de 80 bourgeons de membres permet de realiser une quarantaine
de recombinaisons.
(4) Analyse de la morphologie des autopodes
Les embryons porte-greffe sont sacrifies 9 a 16 jours plus tard. Les pattes
experimentales sontfixees, dessinees, souvent photographiees, puis leur squelette,
mis en evidence selon la technique de Lundvall, est dessine.
On compte le nombre de rayons complets s'etendant de l'extremite du
metatarse jusqu'a l'extremite distale de l'autopode. Ce sont les espaces delimites
par ces rayons qui ont ete analyses. En plus, l'etude du squelette a revele deux
sortes de differenciations ectopiques, correspondant le plus souvent a des
phalanges distales, la penultieme et l'ultieme (Figs. 1 a-d) et quelquefois a des
phalanges proximales (Fig. \e). Ces rayons ectopiques n'ont pas ete pris en
consideration dans la statistique generale; ils ne sont pas susceptibles de
delimiter un espace interdigital avec un rayon voisin.
179
Morphogenese du pied des Oiseaux
I
(e)
Fig. 1. Exemples de differenciations de rayons ectopiques (fleche) qui n'ont pas ete
pris en consideration dans la statistique generate en raison de leur trop faible
developpement. Les differenciations ectopiques sont observees, aussi bien, sur des
pattes issues d'agregats mesodermiques homospecifiques de Canard (a) ou de
Poulet (c, d, e), que sur des pattes issus d'agregats mesodermiques heterospecifiques (b). Noter, en particulier (b), la presence d'un rayon ectopique compose de
deux phalanges au milieu d'une palmure atypique. Zone irregulierement pointillee:
membrane interdigitale d'un espace steganolde; zonefinementpointillee;membrane
palmaire occupant un espace interdigital ou bordant le pied.
RESULTATS
Avant d'entreprendre l'etude comparee de la morphologie des autopodes a
mesoderme mixte, il etait indispensable de s'assurer (1) que le traitement enzymatique prolonge que Ton fait subir aux cellules mesodermiques n'altere ni leurs
Poulet/Canard
3:1
1:1
1:3
1:9
Poulet
52
26
27
19
Nbre
total
de cas
16
2
1
orteil
6
7
1
19
2
orteils
2
2
10
7
14
3
orteils
4
orteils
1
6
2
15
>4
orteils
4,2 3(11)* — 3(8)*
4,8 15(57)* 8(27)* 2(9)*
2.8 6(9)* 5(9)* 6(14)*
4,1
—
3(8)* 9(26)*
2,1 52(55)* —
—
Poulet
3(14)*
-
KD*
4(12)* 3(4)* 3(1)'
4(9)*
Canard
—
— 18(32)*
2.9
—
—
—
Canard
6
—
18
Les surfaces hachurees representent les membranes interdigitales de type Poulet; les surfaces grossierement pointillees representent les membranes
interdigitales dans les espaces steganoides; les surfaces finement pointillees representent des membranes palmaires qui peuvent occuper l'espace interdigital ou
border le pied.
* Le chiffre place entre parentheses indique le nombre d'espaces interdigitaux.
Homospecifique
Heterospecifique
Qualite de l'agregat
mesodermique teste
Nombre de pattes portant
Composite
Nombre de pattes qui sont de type
Tableau 1. Analyse de la morphogenese des autopodes issus d'agregats mesodermiques homo- et heterospecifiques
o
oo
Morphogenese du pied des Oiseaux
181
Tableau 2. Analyse detaillee de la morphogenese des espaces stegano'ides et de type
Canard des autopodes issus d'agregats mesodermiques homo- et heterospecifiques
Espaces de
type Canard
Espaces steganoides
B
C
D
E
F
G
—
—
2
1
—
—
1
1
—
—
1
7
—
—
—
3
4
—
1
2
—
5
—
—
—
—
H
Qualite de Pagregat
mesodermique teste
Heterospecifique
Homospecifique
Poulet/Canard
3:1
1:1
1:3
1:9
Canard
2
—
3
6
—
3
—
—
—
5
1 2
10
22
caracteres specifiques ni leurs potentialites morphogenes; (2) que des cellules
provenant de plusieurs bourgeons de patte peuvent cooperer pour former une
patte harmonieusement constitute.
(1) Temoins Canard. Dix-huit pattes se sont developpees a partir de bourgeons
de membre constitues de cellules mesodermiques de bourgeons de patte de
Canard dissociees, puis reassociees et recouvertes d'un ectoderme de bourgeon
de patte de Canard (16 cas) ou de Poulet (2 cas); ils ont generalement ete greffes
sur des embryons notes Poulet, parfois sur des embryons de Canard. Ces pattes
sont generalement constitutes de trois articles - stylopode, zeugopode et autopode - inegalement developpes. La longueur de l'autopode se rapproche de la
normale. Au contraire, celle du stylopode et du zeugopode est toujours tres
reduite; de plus, le modele de Pelement squelettique que renferment ces deux
articles est peu prononce.
Les autopodes sont nantis de 1 a 4 orteils (en moyenne 2,9) et totalisent 32
espaces interdigitaux(Tableau l).Lesorteils sont relies entreeuxpar une palmure.
Dans de rares cas, la griffe est absente ou hypodeveloppee (Fig. 1 a), la palmure
affleurant alors le bord distal de l'orteil deficient. La palmure est normalement
developpee dans la majorite des cas (22 cas), mais legerement deficiente dans
les cas restants. Cette deficience se traduit par une echancrure mediane ou
laterale en forme de V, dont la pointe ne depasse pas le tiers de la longueur de
la penultieme phalange (dix cas) (Tableau 2, colonne G (Fig. 11)). Precisons que
dans les cas de pattes nanties de quatre orteils, ceux-ci sont tous relies entre eux
par une palmure (Fig. 11) et, comme sur les pattes de moins de quatre orteils,
il ne s'est pas forme de pouce. Dans les deux cas de developpement d'un orteil
unique, le caractere specifique Canard s'exteriorise par une portion de palmure
182
M.-P. PAUTOU
Fig. 2. Equipement squelettique d'autopodes issus d'agregats cellulaires mesodermiques homospecifiques de Canard (a et b) et de Poulet (c et d) (fixation 9 a
12 jours apres l'intervention). Exemples caracteristiques.
qui s'etend plus ou moins distalement soit d'un cote, soit des deux cotes (Fig.
10), le long de l'orteil. Cette propension au developpement de la palmure s'observe
sur la majorite des pattes de plus d'un orteil (13 cas) par la presence sur les deux
bords marginaux externes du pied d'une membrane palmaire dont l'ampleur
peut atteindre ou depasser celle d'une demi-palmure (Figs. \a, 2b). La faible
hypomorphose de la palmure qui s'observe dans un petit nombre de cas est
vraisemblablement imputable a la dissociation cellulaire de la pulpe mesodermique, car elle n'a jamais ete observee dans les cas de pulpes mesodermique
coherentes (Pautou, 1968). Malgre ces perturbations mineures, la membrane
Morphogenese du pied des Oiseaux
183
interdigitale, par son ampleur et par son extension longitudinale est une palmure
typique; elle ne peut etre confondue avec une membrane qui relierait deux
orteils syndactyles.
En ce qui concerne le revetement tegumentaire, les phaneres se sont developpes
dans les cas les plus ages uniquement. Comme sur un pied normal, les larges
ecailles sont localisees sur la face dorsale des orteils, la palmure ainsi que la
face ventrale des orteils etant recouvertes de petites ecailles rondes et tuberculeuses (Figs. 10,11). Ainsi la polarisation dorso-ventrale s'exteriorise normalement au niveau de Fautopode.
Le squelette des autopodes est forme de metatarsiens prolonges de trois ou
quatre phalanges plus ou moins fusionnees entre elles. Dans les pattes polydactyles, les metatarsiens sont rarement normaux. Lorsqu'ils sont malformes,
leur extremite distale est toujours branchue, le nombre de branches (2 a 4)
correspondant exactement au nombre de rayons autopodiaux (Figs. 2a, b).
En plus, dans certains cas, l'extremite proximale peut etre bifide (Fig. 2a). Dans
la majorite des cas, on ne peut discerner la limite distale du metatarsien. Une ou
plusieurs phalanges ont fusionne avec le metatarsien, sans qu'il y ait, dans le
cas extreme, d'articulation entre le metatarse et la penultieme phalange. L'ultieme
phalange, qui porte la griffe, est toujours libre. Sur une meme patte on peut
observer plusieurs degres de fusions proximo-distales (Figs. 1 a, 2a). On ne peut
deceler aucun gradient antero-posterieur dans le nombre de phalanges des pattes
polydactyles. II est done vraisemblable que la polarite antero-posterieure ne
s'est pas etablie.
(2) Temoins Poulet. Cette serie experimentale comprend 52 pattes qui se sont
developpees a partir de pulpes mesodermiques dissociees de bourgeon de patte
de Poulet recouvertes d'un ectoderme de patte de Poulet (25 cas) ou de Canard
(27 cas) greffees sur des embryons hote de Poulet. Trente d'entre elles comportent 3 articles, 17 deux seulement (zeugopode (?) et autopode) et 5 ne comprennent qu'un seul article (autopode). Quand la patte compte trois articles,
les deux articles proximaux sont courts et n'atteignent pas ensemble la longueur
de Tautopode. L'epiphyse proximale de l'os stylopodial est de nature humerale,
alors que la nature de son epiphyse distale est indechiffrable. Celle-ci s'articule
avec un os zeugopodial ne presentant ni apophyse ni condyles a son extremite.
L'autopode, de taille voisine de la normale, porte de 1 a 4 orteils (en moyenne
2,1) (Tableau 1) generalement recouverts d'ecailles et qui se terminent presque
toujours (102 cas) par une griffe. Dans quelques rares cas (6 cas), la griffe manque
ou est hypodeveloppee.
Dans 16 pattes sur 52, le pied ne comprend qu'un seul orteil constitue de 3
ou 4 phalanges; ses bords ne sont jamais garnis d'une frange palmaire. Les 36
pattes restantes sont munies de 2 a 4 orteils. Ceux-ci sont soit normalement
liberes les uns des autres, la membrane interdigitale ne reunissant plus que leur
phalange proximale, soit plus ou moins syndactyles, relies par une etroite membrane s'etendant au-dela des phalanges proximales (Fig. 3). Cette persistance
184
M.-P. PAUTOU
anormale de la membrane interdigitale au niveau d'un ou de tous les espaces
interdigitaux de l'autopode a deja ete revelee apres traitement menage par la
trypsine-pangestine ou par l'EDTA (cf. Pautou, 1968).
Le squelette des autopodes est forme de metatarsiens prolonges de 1 a 4
phalanges, rarement fusionnees entre elles. Parmi les 108 orteils que comprend
cette serie experimental, 1 comporte cinq phalanges; 74 (68 %) comportent
quatre phalanges (Figs. Id, e, 2c, d), 26 (24%) trois phalanges et 7 une ou deux
phalanges. Contrairement a l'equipement squelettique de la serie Canard precedente, les fusions proximo-distales entre metatarsiens et phalanges sont tres
rares. Les fusions dans le sens antero-posterieur, par contre, sont frequentes
dans les pattes polydactyles. Elles interessent les metatarsiens comme les
phalanges et revelent la syndactylie. Celle-ci se traduit par la fusion (dix cas)
(Fig. 2 c) ou le rapprochement (quatre cas) (Fig. 2d) de la phalange proximale
d'un orteil avec celle de l'orteil voisin; les deux rayons acropodiaux etant alors
toujours portes par un seul metarsienepais. Dans un cas, les phalanges proximales
de trois orteils ont fusionne; ensemble elles s'articulent sur un metatarsien
unique a epiphyse elargie. La soudure entre phalanges proximales ne s'observe
que dans les cas ou les metatarsiens correspondants sont egalement soudes.
Par contre, on peut observer les soudures metatarsiennes sans que les phalanges
proximales des deux orteils correspondants soient soudees ou rapprochees.
Seules 2 des 36 pattes polydactyles presentent une polarite antero-posterieure.
Les deux orteils, dont chacune d'elles est nantie, comprennent trois et quatre
phalanges normales (Fig. lc). Dans trois cas, il existe un gradient anteroposterieur dans le nombre des phalanges, mais l'etablissement de la polarite est
discutable, car l'un des orteils est deficient par l'absence de la phalange porteuse
de la griffe. Enfin, dans les 31 cas restants, la polarite antero-posterieure ne s'est
pas etablie, les orteils etant generalement dote du meme nombre de phalanges
(Figs. Id, e, 2c, d). Dans des cas de developpement suffisamment avance le
revetement tegumentaire de l'autopode revele une polarisation dorso-ventrale
normale (Fig. 3).
En definitive, ces deux series temoins montrent que des cellules provenant au
hasard de diverses regions zeugo-autopodiales de plusieurs bourgeons de patte,
lorsqu'elles sont recouvertes d'un ectoderme de bourgeon de patte, sont capables
de cooperer pour reconstituer une sequence proximo-distale nouvelle, qui
s'exteriorise par le developpement d'une jambe et d'un pied. Le tissu reagrege,
place dans la calotte ectodermique realise en partie ses performances morphogenetiques, a savoir (1) poursuite de sa croissance distale; (2) etablissement
d'une sequence proximo-distale d'os articules; (3) maintien des caracteres
specifiques de patte; (4) maintien des caracteres d'espece. Cependant la polarisation antero-posterieure de l'autopode ne se realise qu'exceptionnellement.
(3) Series experimentales. Elles comprennent 78 pattes qui se sont developpees
a partir d'agregats mesodermiques heterospecifiques dans lesquells les cellules
de Poulet et de Canard ont ete melangees dans les proportions de 3 a 1 (6 cas),
Morphogenese du pied des Oiseaux
185
1 a 1 (26 cas), 1 a 3 (27 cas) et 1 a 9 (19 cas). Les agregats ont ete recouverts
d'ectoderme de bourgeon de patte de Poulet ou de Canard et greffes sur des
notes Poulet ou Canard, le genotype de l'ectoderme et celui de l'embryon hote
etant d'ailleurs sans influence sur les resultats.
La moitie environ des pattes (38) est constitute d'un zeugopode et d'un
autopode, l'autre moitie etant, pour la plupart (32), representee par des pattes
a trois articles et pour quelques-unes (8) par des autopodes seulement. L'ensemble
de ces pattes experimentales se singularise par rapport aux temoins par la
petitesse des deux articles basaux et, surtout, par le grand developpement des
structures autopodiales, dont la longueur se rapproche de la normale, quel que
soit le nombre de leurs orteils. Precisons que 3 seulement des 78 pattes sont
monodactyles, les 75 autres pouvant porter jusqu'a 11 orteils.
Les resultats concernant l'autopode ont ete classes selon deux criteres:
(a) Type de Vespace interdigital
Les espaces interdigitaux ont ete groupes en trois categories:
(1) Espaces de type Poulet, qui repondent aux caracteristiques de la serie
Poulet temoin.
(2) Espaces de type Canard, qui repondent aux caracteristiques de la serie
Canard temoin.
(3) Espaces d'un type nouveau qui, tout en etant garnis de membrane
palmaire, ne sont pas pour autant des espaces typiques de Canard.
La palmature s'y presente sous divers aspects. Dans certains cas, elle se
resume a un lambeau de membrane epaissie, recouverte d'ecailles rondes, qui
est attache a la penultieme phalange de Fun des deux orteils (Fig. 6; Tableau 2,
colonne A). Ceux-ci peuvent ne pas etre relies Tun a l'autre ou Fetre comme
chez le Poulet normal ou encore etre affectes de syndactylie. Dans d'autres cas,
un lambeau de palmure est porte par chacun des deux orteils, qui sont alors
generalement bien separes Fun de l'autre (Fig. 14a). La taille, la forme et
Femplacement de ces fragments de palmure sont variables (Tableau 2, colonnes
B et C). Dans d'autres cas enfin, la palmure est mieux developpee, bien qu'incomplete, elle reunit symetriquement ou asymetriquement deux orteils ecartes;
son bord distal est souvent echancre ou crenele (Figs. 7, 8; Tableau 2, colonnes
D, E, F). Pour designer ce type d'espace palme atypique, j'utiliserai le terme
de steganoi'de.1
(b) Type de Vautopode
Le pied de ces pattes experimentales comporte un ou plusieurs orteils.
Lorsque l'orteil est unique son type s'exprime par la presence ou l'absence d'une
portion de palmure (Fig. 9). Lorsque le nombre des orteils est superieur a un,
il est necessaire de considerer a la fois Fespace interdigital et les bords preaxial
1
Du Grec 'steganopode', nom par lequel Aristote avait designe les Palmipedes.
186
M.-P. PAUTOU
Morphogenese du pied des Oiseaux
FIGURES
187
3-11
Autopodes issus d'agregats cellulaires mesodermiques homospecifiques et heterospecifiques (fixation 10 a 14 jours apres l'intervention).
Fig. 3. Pied de phenotype Poulet issu d'un agregat homospecifique de cellules de
Poulet. Les deux orteils de gauche sont partiellement syndactyles, le troisieme est
entierement libre.
Fig. 4. Pied de phenotype Poulet issu d'un agregat heterospecifique dans les proportions de 50 % de cellules de Poulet et 50 % de cellules de Canard. Quatre espaces
interdigitaux de type Poulet (syndactylie totale).
Fig. 5. Pied de phenotype Composite I issu d'un agregat heterospecifique dans les
proportions de 25 % de cellules de Poulet et 75 % de cellules de Canard. Espaces
interdigitaux de type Poulet (syndactylie partielle ou totale), presence de lambeaux
palmaires (fleches) sur les bords de pied.
Fig. 6. Pied de phenotype Composite II issu d'un agregat heterospecifique dans les
proportions de 75 % de cellules de Poulet et 25 % de cellules de Canard. Les trois
orteils de gauche limitent deux espaces interdigitaux de type Poulet (syndactylie
totale). L'autre espace interdigital de type steganoiide est caracterise par la presence
d'un lambeau de palmure (fleche). Par contraste avec la morphologie externe essentiellement de type Poulet, le squelette de cet autopode (Fig. 13 a) presente des
malformations structurales (ramifications des metatarsiens et des phalanges, en
forme de larges plaques), caracteristiques du Canard (Fig. 2a, b).
Fig. 7. Pied de phenotype Composite V issu d'un agregat heterospecifique dans les
proportions de 10 % de cellules de Poulet et 90 % de cellules de Canard. Tous les
espaces interdigitaux sont des espaces steganoides dans lesquels la membrane
palmaire est plus ou moins developpee. B, D, E, F correspondent aux diverses
categories utilisees dans le Tableau 2 pour la classification des espaces steganoides.
(L'orteil n° 4 porte sur son bord droit un lambeau de membrane palmaire non
visible sur la photographie, voir schema a de la Fig. 14.) L'orteil 5 porte un lambeau
de membrane palmaire sur chacun de ses bords (fleches).
Fig. 8. Pied de phenotype Composite V issu d'un agregat heterospecifique dans les
proportions de 25 % de cellules de Poulet et 75 % de cellules de Canard. Deux espaces
interdigitaux steganoides (voir colonne E du Tableau 2). Presence d'un lambeau
palmaire (fleches) sur les deux bords du pied.
Fig. 9. Pied de phenotype Canard issu d'un agregat h6terospecifique dans les proportions de 25 % de cellules de Poulet et 75 % de cellules de Canard. Le caractere
specifique Canard s'exteriorise par une portion de palmure qui s'etend des deux
cotes de l'orteil le long des deux phalanges proximales. Un cas semblable a 6te
obtenu dans la serie de pattes issues d'agregats homospecifiques de Canard.
Fig. 10. Pied de phenotype Canard issu d'un agregat homospecifique de cellules de
Canard. L'orteil unique est garni de membranes palmaires dont l'ampleur est
voisine de celle d'une demi-palmure.
Fig. 11. Pied de phenotype Canard issu d'un agregat homospecifique de cellules de
Canard. Les quatre orteils (constitues chacun de quatre phalanges plus ou moins
fusionnees) sont tous relies par une palmure. Elle est complete dans l'un des espaces
(a gauche, invisible sur la photographie), legerement encochee (fleches) dans les
deux autres (voir colonne G, Tableau 2).
188
M.-P. PAUTOU
100 80 60-
3
3
4020-
91
100-
16
80-
34
6040-
10
20-
0
Poulet/Canard
3/1
Poulet/Canard
1/1
Poulet/Canard
1/3
Poulet Canard
1 9
Fig. 12. Repartition des categories de phenotypes (a) et d'espaces interdigitaux
(b) en fonction de la dilution des cellules de Poulet parmi les cellules de Canard dans
l'agregat mesodermique heterospecifique. En hachure: phenotype ou espace de type
Poulet; en point Me fin: phenotype ou espace de type Canard; en noir: phenotype
composite; en pointille inegulier: espace interdigital steganoide. Le chiffre place
au-dessus de la colonne indique le nombre de cas.
et post-axial du pied. Les multiples combinaisons de ces differents caracteres
m'ont amene a repartir les autopodes en trois groupes.
(1) Autopodes Poulet: tous les orteils et espaces interdigitaux sont de type
Poulet (Fig. 4).
(2) Autopodes Canard: tous les espaces sont de type Canard; les bords du
pied sont garnis ou non d'une frange palmaire.
(3) Autopodes composites classes dans l'ordre d'une expression se rapprochant progressivement du phenotype Canard.
Morphogenese du pied des Oiseaux
189
Composite I: presence d'un ou de plusieurs espaces interdigitaux Poulet; au
moins Fun des bords du pied est nanti de membrane palmaire (Fig. 5).
Composite II: presence simultanee d'espace(s) Poulet et d'espace(s) steganoide(s) (Fig. 6).
Composite III: presence simultanee des trois sortes d'espaces: Poulet,
steganoide, Canard.
Composite IV: presence simultanee d'espace(s) Poulet et d'espace(s) Canard.
Composite V: presence d'un ou de plusieurs espaces steganoides (Figs. 7, 8).
Dans les autopodes composites II a V, le developpement de membrane
palmaire marginale est facultatif.
Les resultats qui concernent la morphologie de l'autopode sont consignes
dans le Tableau 1 et l'histogramme de la Fig. 12(a); ceux qui concernent la
morphologie des espaces sont representees par le Tableau 2 et par l'histogramme
de la Fig. 12(6).
Le Tableau 1 et la Fig. 12 (a) montrent clairement que le phenotype de l'autopode depend de la composition heterospecifique de l'agregat mesodermique.
Lorsque l'agregat est constitue de 75% de cellules de Poulet et de 25% de
cellules de Canard (serie 3:1) ou lorsqu'il est constitue a parts egales de cellules
de Poulet et de cellules de Canard (serie 1:1), les autopodes qui en derivent,
sont, en proportions sensiblement egales, de phenotype Poulet ou de phenotype
composite. Aucun autopode de phenotype Canard ne s'est developpe dans ces
deux series.
De meme, les series experimentales, dans lesquelles les cellules de Canard
sont majoritaires, n'ont pas abouti, pour autant, a une majorite d'autopodes
de phenotype Canard. Lorsque l'agregat mesodermique comprend trois fois plus
de cellules de Canard que de cellules de Poulet (serie 1:3), il se forme encore un
nombre non negligeable d'autopodes de phenotype Poulet (6 sur 27), alors
qu'on obtient rarement un autopode de phenotype Canard (2 cas a 1 orteil
(Fig. 9); 1 cas a 2 orteils). Meme lorsque les cellules de Canard constituent les
neuf dixiemes de l'agregat (serie 1:9), il ne s'est developpe aucun autopode de
phenotype Canard. De plus, lorsque la proportion de cellules de Canard augmente (de 25% a 90%) dans l'agregat mixte, la proportion d'autopodes
composites augmente, pour finalement representer la totalite des autopodes.
Si le phenotype Poulet ne s'exteriorise plus au niveau de l'autopode entier
quand l'agregat mixte ne comporte que 10% de cellules de Poulet, il n'en est
pas de meme en ce qui concerne l'espace interdigital individuel (comparer Fig.
\2a, b). En effet, la moitie des espaces est de type Poulet, l'autre moitie etant le
plus souvent de type steganoide, rarement de type Canard. D'une maniere
generate, la Fig. 12 b montre que, quelle que soit la proportion de cellules de
Canard, le pourcentage d'espaces interdigitaux de type Canard est nul ou tres
faible. Mais, concomitamment, a mesure qu'on dilue les cellules de Poulet, les
espaces de type Poulet diminuent en proportion, au benefice du nombre des
espaces steganoides (voir aussi Tableau 1).
190
M.-P. PAUTOU
a)
(c)
Fig. 13. Equipement squelettique d'autopodes issus d'agregats cellulaires mesodermiques heterospecifiques (fixation 12 jours apres l'intervention). Noter les divers
degres de fusion des pieces squelettiques (phalanges et os metatarsiens) observes aussi
bien au niveau d'autopodes issus d'un melange Poulet/Canard 3:1 (a) (Fig. 6) que
d'autopodes issus d'un melange PouletjCanard 1:1 (b et c). Dans tous les cas, la
phalange porteuse de la griffe est libre. Zone hachuree: membrane interdigitale de
type Poulet; zone irregulierement pointillee: membrane interdigitale d'un espace
steganoide; zonefinementpointillee: membrane palmaire bordant le pied.
Les autopodes issus d'agregats heterospecifiques sont frequemment hyperdactyles, a l'exception de ceux qui resultent de la combinaison Poulet/Canard
1:3 (Tableau 1). L'hyperdactylie est maximale dans le cas de la proportion 1:1
(Fig. 136, c) et se caracterise par des ramifications et subdivisions variees de
l'axe du rayon autopodial auquelles s'ajoutent des fusions proximo-distales ou
Morphogenese du pied des Oiseaux
191
Fig. 14. Equipement squelettique d'autopodes issus d'agregats de cellules mesodermiques heterospecifiques (proportion PouletfCanard 1:9) (fixation 11 jours a
13,5 jours apres l'intervention). Exemples de divers degres de soudure des pieces squelettiques. L'autopode schematise en (a) estphotographie sur la Fig. 7. Zone hachuree:
membrane interdigitale de type Poulet; zones irregulierement pointillees: membranes
interdigitales d'espaces steganoides; zones finement pointillees: membranes palmaires bordant le pied.
antero-posterieures plus ou moins etendues. Sur les orteils, dont l'axe ne presente
pas ou peu de fusions proximo-distales, on denombre generalement 4, quelquefois 3, rarement 5 phalanges. La derniere phalange est toujours individualisee
et porte une griffe. Sur les Figs. 13 et 14 j'ai represents un eventail de squelettes
autopodiaux, leur morphologie cependant ne reflete guere la qualite de l'agregat
mesodermique duquel ils sont issus. II ne m'a pas ete possible, en effet, d'etablir
une relation etroite entre les malformations squelettiques et la dilution progres-
192
M.-P. PAUTOU
sive des cellules de Poulet parmi les cellules de Canard. Neanmoins, il faut
noter qu'il suffit de 25 % de cellules de Canard pour que certains squelettes
presentent les caracteristiques Canard, c'est-a-dire, formation d'une plaque
metatarsienne plus ou moins branchue et/ou fusion proximo-distale entre
metatarsien et phalanges (Fig. 13 a). La morphologie externe de ces autopodes
ne revele pas ou guere (Fig. 6) leur heterospecificite.
En outre, les particularites Poulet, a savoir la syndactylie, sont exacerbees par
l'etat heterospecifique de l'agregat. La presence de 10 % de cellules de Poulet
aboutit deja a un nombre non negligeable de paires d'orteils totalement syndactyles (4 paires parmi les 77 orteils) attestes par le dedoublement des phalanges
porteuses de griffe et par la dichotomie de la penultieme phalange de l'axe
squelettique fusionne (Figs. 16, 146). De plus, l'une des 19 pattes de cette serie
presente un bouquet de cinq orteils de meme longueur, tous etroitement unis
les uns aux autres. Dans le cas de proportions plus elevees de cellules de Poulet
(serie 1:1), la syndactylie totale affecte 97 des 124 orteils (78%). Reunis par
groupes de deux a sept orteils (Figs. 4, 13 c) leur squelette presente toutes sortes
de subdivisions et fusions (cf. Fig. 13 c), mais la phalange qui porte la griffe
reste toujours bien individualisee.
Seules 5 des 75 pattes polydactyles peuvent etre considerees comme polarisees
antero-posterieurement: dans trois cas, un pouce peut etre reconnu; dans deux
cas, on note une variation graduelle du nombre des phalanges d'autopodes a
deux orteils. Dans les 70 autres cas, nul gradient antero-posterieur ne peut etre
decele dans le nombre de phalanges ou dans la longueur des orteils. Dans les
cas d'hyperdactylie, les orteils ont generalement la meme taille et se presentent
sous l'aspect d'un bouquet (Fig. 13<7, 6). Mais, on observe parfois deux groupes
d'orteils dont le nombre et la longueur sont soit egaux entre eux, soit differents
Fun de l'autre (Figs. 4, 13 c). Si dans la plupart des cas experimentaux, on ne
peut deceler une polarisation antero-posterieure des rayons autopodiaux, la
polarite dorso-ventrale apparait toujours tres clairement. Elle se traduit par la
presence, sur la face dorsale des orteils, de larges ecailles imbriquees (Figs. 4-8)
et sur la face ventrale par de tres nombreuses petites ecailles tuberculeuses.
CONCLUSIONS
Des experiences anterieures ont montre que le mesoderme du bourgeon de
membre conserve apres fragmentation son pouvoir inducteur primaire (Kieny,
1960), ses proprietes d'aile ou de patte (Saunders, Cairns & Gasseling, 1957;
Kieny, 1960; Zwilling, 1964) et ses proprietes specifiques de Canard ou de
Poulet (Zwilling, 1964; Pautou & Kieny, 1968). Meme apres leur dissociation
en une suspension cellulaire et leur reagregation, les cellules mesodermiques
gardent leurs proprietes d'aile ou de patte. Un bourgeon de 'membre' constitue
d'une calotte ectodermique et de plusieurs morceaux d'agregat mesodermique
d'aile ou de patte evolue en une aile on une patte conformement a la nature des
Morphogenese dupied des Oiseaux
193
cellules mesodermiques; mais aucun de ces membres ne presente de polarisation
antero-posterieure, car tantot il ne possede qu'un seul rayon autopodial, tantot
il en possede deux ou trois disposes selon un plan de symetrie bilaterale (Zwilling,
1964). Dans le cas d'un melange de cellules mesodermiques d'aile et de patte,
la qualite du developpement depend, selon Crosby (1967), de la proportion
relative des deux composantes mesodermiques. Ainsi, le composant numeriquement mineur, qu'il soit d'aile ou de patte, forme les structures basales, le composant majeur, par contre, forme les structures distales, en particulier, les rayons
autopodiaux.
La technique de dissociation/reassociation que j'ai employee m'a permis
d'obtenir des pattes de Poulet ou de Canard conformement a l'origine specifique
des cellules mesodermiques. Ces pattes portent de 1 a 4 orteils. Les cellules
dissociees de patte, d'origine homospecifique, peuvent done cooperer pour
reconstruire des structures caracteristiques de l'une ou l'autre espece, en l'occurence, la membrane interdigitale. Lorsqu'elles sont melangees en un agregat
heterospecifique, les cellules mesodermiques de bourgeon de patte de Poulet et
de Canard sont egalement capables de donner naissance a une patte convenablement organisee. J'ai ainsi pu analyser les repercussions d'une dilution progressive
des cellules de Poulet parmi les cellules de Canard sur la morphologie des espaces
interdigitaux, e'est-a-dire sur le phenotype de l'autopode.
Un melange de 75 % de cellules de Poulet et de 25 % de cellules de Canard
(serie 3:1) conduit a la formation pour moitie de pieds typiques de Poulet, pour
moitie de pieds de phenotype composite dont la majorite des espaces interdigitaux sont de type Poulet, les autres de type steganoide. Ni le phenotype
Canard, ni meme un seul espace de type Canard n'a ete observe dans cette
serie. Le melange inverse dans lequel les cellules de Canard sont majoritaires
(75 %) (serie 1:3) n'aboutit pas pour autant a un resultat oppose: le phenotype
Canard ne s'exteriorise que rarement (3 cas sur 27), alors que le phenotype
Poulet se manifeste encore dans un nombre non negligeable de cas (6 cas);
e'est le phenotype composite qui apparait le plus souvent (18 cas sur 27) dont,
cependant, aucun espace interdigital n'est occupe par une palmure typique de
Canard. Cette comparaison revele une predominance des differentiations de
type Poulet sur celles de type Canard, observation amplement corroboree par
les melanges a 50 % de cellules de Poulet et de Canard (serie 1:1), d'une part,
et par ceux comportant 10 % de cellules de Poulet et 90 % de cellules de Canard
(serie 1:9), d'autre part.
Le melange a proportions egales de cellules de Poulet et de Canard a abouti a
des resultats semblables a ceux de la serie ou les cellules de Poulet sont majoritaires (serie 3:1): 58 % des pieds sont de phenotype Poulet, les autres sont de
type composite; au total 97 % des espaces interdigitaux sont de type Poulet; le
caractere Canard ne s'est manifeste que dans 3 % des espaces interdigitaux, qui
sont d'ailleurs de type steganoide et non de type Canard pur. La serie dans
laquelle 90 % des cellules sont d'origine Canard, done fortement majoritaires,
13
E M B 29
194
M.-P. PAUTOU
n'a pas abouti a la formation d'autopodes de phenotype Canard. Tous les
autopodes sont de phenotype composite. Leurs espaces interdigitaux de type
Poulet y sont aussi nombreux que les espaces steganoides; ceux de type Canard
sont rares (5 %). On peut done affirmer qu'au fur et a mesure de la dilution des
cellules de Poulet parmi les cellules de Canard, le phenotype Poulet des autopodes diminue au profit des phenotypes composites. II en est de meme pour les
espaces interdigitaux. Notons neanmoins qu'a la dilution la plus forte, ces
derniers se classent encore, pour moitie, dans le type Poulet. Le phenotype
Canard n'apparait qu'exceptionnellement.
Dans les bourgeons de membre reconstitues a partir de suspensions cellulaires
une nouvelle sequence de differenciation proximo-distale est imposee aux
cellules distributes au hasard. Ce processus morphogenetique, quifait vraisemblablement intervenir un mecanisme analogue a celui qui agit au cours de la
differenciation normale, se realise de maniere correcte dans les agregats homospecifiques et heterospecifiques. Selon leur nouvelle position dans le champ
morphogenetique du bourgeon de membre, les cellules sont soumises a une
nouvelle information de position (Wolpert, 1969), qui rend caduque celle
qu'elles avaient precedemment recue. Ainsi, a la limite, on peut concevoir
qu'une cellule de provenance apicale peut, se trouvant a la base du composant
mesodermique de l'association, contribuer a une structure proximale a laquelle
elle n'aurait pas participe normalement. Ou, dans le cas d'agregats heterospecifiques, des cellules provenant de divers niveaux de l'axe proximo-distal et
se trouvant placees entre les rayons squelettiques autopodiaux, se comportent
selon leur origine specifique, autrement dit, elles subissent leur differenciation
de necrose morphogene independamment de leur entourage specifique.
II convient d'ajouter que les pattes issues de cellules mesodermiques reagregees,
en combinaison homo- ou heterospecifique, sont toujours anormalement proportionnees: la longueur de l'autopode etant egale ou superieure a celle du
stylopode et du zeugopode reunis. Cette disproportion pourrait etre le resultat
d'une augmentation relative du nombre de cellules a destinee autopodiale au
cours de la proliferation du mesoderme, conformement a la conception de
Wolpert (1969) selon laquelle des cellules donneraient naissance a des structures
d'autant plus distales qu'elles se seraient divisees un plus grand nombre de fois.
Quant a l'absence de polarisation antero-posterieure de l'autopode dans la
majorite des cas, elle peut etre due soit a la technique de prelevement qui elimine
la zone de polarisation posterieure (ZPA de Balcuns, Gasseling & Saunders,
1970), soit a la dissociation cellulaire et a la dispersion des cellules a l'interieur
de l'agregat (MacCabe & Saunders, 1971).
Morphogenese du pied des Oiseaux
195
RESUME
Le mesoderme du zeugopode et de 1'autopode presomptifs de bourgeon de patte de Poulet
ou de Canard a ete isole, dissocie en une suspension cellulaire, puis reagrege par centrifugation.
Du mesoderme reagrege a ete recouvert d'une calotte ectodermique de bourgeon de patte,
l'assemblage etant alors greffe sur un embryon hote.
Les recombinaisons a base d'agregat mesodermique homospecifique evoluent en une patte
typique de Poulet ou de Canard, conformement a l'origine specifique du composant mesodermique; la polarite antero-posterieure s'y etablit rarement.
Les recombinaisons a base d'agregat mesodermique heterospecifiques sont egalement
capables de former des structures organisees de patte. Le pied des pattes chimeres presente
plus souvent des caracteres typiques de Poulet que des caracteres typiques de Canard. Un
melange de 75 % de cellules de Poulet et de 25 % de cellules de Canard conduit a la formation
de pattes dont le pied est soit de type Poulet, soit de type composite ou des zones typiques de
PouJet voisinnent avec des zones typiques ou aberrantes (steganoides) de Canard. Le melange
inverse (25 % de Poulet, 75 % de Canard) conduit encore a la formation de pieds de type
Poulet ou de type composite, le phenotype Canard ne s'exteriorisant qu'exceptionnellement.
Meme un melange de 10 % de cellules de Poulet et 90% de cellules de Canard n'aboutit pas a
la formation d'autopodes de phenotype Canard. Us sont tous de type composite: rares sont
les espaces palmes, Jes autres espaces etant pour moitie de type Poulet, pour moitie occupes
par une palmure crenelee, hypomorphe ou par un ou plusieurs lambeaux palmaires.
La majorite des pattes issues de cellules mesodermiques reagregees en combinaison heterospecifique, est caracterisee par le foisonnement des orteils, au niveau desquels la polarisation
antero-posterieure fait defaut.
Ce memoire represente une partie d'un travail qui sera presente a 1'Universite scientifique
et medicale de Grenoble en vue de l'obtention du Doctorat es Sciences Naturelles.
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