/. Embryol. exp. Morph., Vol. 16, 2,pp. 311-319, October 1966
With 2 plates
Printed in Great Britain
Les mouvements corticaux de Foeuf de Barnea
Candida (Mollusque Bivalve) etudies au
microscope electronique
Par JEAN J. PASTEELS 1
Laboratoire d'Embryologie et Laboratoire de Microscopie electronique,
Faculte de Medecine, Universite de Bruxelles
INTRODUCTION
Les oeufs de Mollusques Bivalves ainsi que ceux de certaines Annelides
(Chaetopterus) se caracterisent par une structure corticale tres particuliere. Sur
le vivant, l'oeuf vierge et mur apparait entoure d'un chorion ('membrane
vitelline' des auteurs), applique sur la surface de l'oeuf; il n'en parait separe que
par un interstice tres mince, a peine perceptible dans les conditions optiques de
l'examen in vivo; aucun changement n'apparait a la suite de la fecondation
(Pasteels, 1930: Barnea Candida).
L'examen au microscope electronique fait sur des especes diverses {Barnea:
Pasteels & de Harven, 1962; Spisula: Rebhun, 1962; Mytilus: Dan, 1962) a
cependant montre qu'il existe entre le chorion et la surface de l'ceuf des relations
tres etroites sous forme de microvillosites, regulierement disposees, assez serrees,
qui s'enfoncent radiairement dans le chorion (cf. Planche 1A). Un tres mince
espace perivitellin peut etre decele au niveau de la base des microvillosites.
Au moment de la fecondation, il n'y a aucun remaniement morphologique
d'apres Pasteels & de Harven (1962), cependant, Rebhun (1962) croit percevoir
une legere dilatation de la fente perivitelline. De toutes facons, les microvillosites ne sont pas remaniees et les alveoles corticaux — qui existent chez
ces especes — n'eclatent pas au moment de la fecondation et ne deversent done
pas leur contenu dans l'espace perivitellin.
Au cours de travaux anterieurs faits sur l'oeuf de Barnea, ce systeme microvillositaire cortical est apparu d'une tres grande stabilite. Aucun indice de
mouvement ne s'est manifeste au niveau des microvillosites qui se sont meme
montrees passives au moment des remaniements corticaux considerables apporte
par le pincement des sillons de maturation et de segmentation (cf. Pasteels &
de Harven, 1962).
Cette rigidite apparente des microvillosites est toutefois en contradiction avec
des observations que nous avons pu faire (Pasteels, 1949) sur des oeufs vivants de
1
Adresse de Vauteur: Laboratoire d'Embryologie, 97 rue aux Laines, Bruxelles, Belgique.
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Spisula et de Chaetopterus. Nous avons pu y deceler des mouvements ondulatoires du chorion correspondant aux phases du developpement ou apparaissent des deformations corticales. Mai informe sur la structure reelle du cortex,
nous avions interprete ces mouvements comme secondaires, suscites par des
substances qui auraient ete emises par l'ceuf. A la lumiere de nos connaissances
actuelles sur la structure microvillositaire et ses relations intimes avec le chorion,
il est clair qu'une interpretation nouvelle doit etre envisagee.
Ces plissements et crenelures du chorion ont ete observes dans des ceufs de
Chaetopterus normaux (Pasteels, 1949) ainsi que sur des oeufs de Spisula qui
etant surmatures ne se segmentaient pas. Ulterieurement Henley (1959) a pu
demontrer sur Chaetopterus que ces mouvements du chorion etaient nettement
accentues lorsque les oeufs avaient ete prealablement soumis au froid (ainsi que
sous l'action de la podophylline, cf. Henley & Costello, 1965).
Le present travail resulte d'un examen au microscope electronique:
(a) des mouvements corticaux observes exceptionnellement dans certaines
pontes normales de Barnea;
(b) des mouvements beaucoup plus accentues qui ont ete induits par Faction
du froid suivant la technique de Henley (1959).
TECHNIQUE
(a) Observations sur le vivant. Les gametes de Barnea sont preleves en ouvrant
les animaux; durant la saison s'etendant de mai a septembre la fecondation
reussit toujours avec un rendement de pres de 100 %. Les oeufs ont ete examines
et photographies avec un objectif imm.-Leitz Fl. 95, ouv. 1,32.
(b) Action du froid. Les oeufs ont ete normalement fecondes puis soumis a
Faction du froid 20 minutes apres cette fecondation (stade de la premiere mitose
de maturation). Deux techniques ont ete utilisees, avec un resultat identique.
Dans Fune, les oeufs ont ete places dans de petits cristallisoirs flottant sur de la
glace fondante et laisses dans cette situation pendant 3 a4heures; dans Fautre,
les cristallisoirs contenant les pontes, ont ete laisses pendant la nuit dans une
glaciere a plus ou moins 5 °C.
(c) Microscopie electronique. Technique identique a celle de nos travaux
precedents realises sur Barnea. Les lots d'ceufs ont ete concentres par une
centrifugeuse a main et debarrasses autant que possible de Feau de mer ambiante,
ensuite fixes par une solution a 2 % de tetroxyde d'Osmium tamponne a pH 7-2
et additionne de 45 mg/ml de sucrose. Inclusion au methacrylate de butyle et
de methyle (8/2). Les coupes ont ete 'colorees' a Facetate d'uranyle et examinees
au microscope Siemens 'Elmiskop V.
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PLANCHE 1
facing p. 313
Mouvements corticaux de Voeuf
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RESULTATS
(a) (Eufs normaux
Les crenelures du chorion qui, dans 1'ceuf de Chaetopterus apparaissent de
facon reguliere a des stades bien definis, ne se manifestent qu'avec une frequence
et une intensite beaucoup plus faibles dans l'ceuf normal de Barnea. Dans la
plupart des pontes, elles ne sont pas perceptibles. Pourtant, dans certaines
pontes, et surtout celles de la fin de la saison (septembre), des deformations
assez limitees de la membrane exovulaire peuvent apparaitre. Comme chez
Chaetopterus, elles presentent des relations chronologiques avec la formation
des sillons de maturation et de segmentation. (Chez Chaetopterus, on observe
egalement des crenelures du chorion precedant la formation du lobe polaire;
celui-ci est absent chez Barnea.)
C'est ainsi que la Planche 1B provient d'un oeuf fixe peu de temps avant
l'enforcement du premier sillon de segmentation. (Compte tenu de la legere
asynchronie entre les ceufs, on peut evaluer de 30 secondes a 2 minutes le delai
qui le separe du debut de la segmentation.)
Compare avec la situation d'un cortex au repos (Planche 1A) les microvillosites perdent leur regularite. Leur orientation change. Au lieu d'etre strictement radiaires (Planche 1A) elles s'inclinent, deviennent plus obliques ou
franchement tangentielles. Leur calibre, tres constant au repos (Planche 1A)
devient irregulier, elargi a certains endroits, retreci a d'autres (partie droite de
la Planche IB). De plus, en certains endroits (partie gauche et centrale de la
Planche 1B), les microvillosites paraissent se ramifier et s'arboriser. L'epaisseur
du systeme microvillositaire est considerablement modifiee (a gauche de la
Planche IB); l'elongation des villosites dissocie le chorion dont la partie peu
dense reste appliquee pres de la surface de l'ceuf, tandis que la partie dense, qui
reste solidaire du sommet des microvillosites, est soulevee et plissee (Planche 1B,
a gauche).
Ces plis represented evidemment les crenelures perceptibles sur le vivant. Ces
crenelures sont done dues a des mouvements et a des deformations du systeme
microvillositaire.
Contrastant avec cette activite, la surface proprement dite de l'oeuf est relativement inerte. Sauf a la base des microvillosites (Planche 1B, a droite), le plasmolemme ne parait guere plus ondule qu'a l'etat de repos (cf. Planche 1 A).
PLANCHE1
A. Cortex d'un oeuf feconde de Barnea au repos vu au microscope electronique. x 22.000.
B. Mouvements des microvillosites dans un oeuf normal quelques minutes avant le creusement du sillon de segmentation, x 22.200.
C. Ondulations du chorion dans un oeuf refroidi fixe au stade de la Fig. 1. La partie dense
du chorion est soulevee a la suite de l'elongation, en vagues successives, des microvillosites.
Pour Interpretation des deformations de celles-ci, voir le texte. x 22.000.
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(b) CEufs soumis aufroid
Comme nous l'avons dit dans notre partie technique, c'est au stade de la
premiere mitose de maturation (20 minutes apres la fecondation) que les oeufs
ont ete mis soit a 0 °C pendant 3 a 4 heures, soit a 5 °C pendant 14 a 15 heures.
Us ont ensuite ete amenes rapidement a plus ou moins 20 °C par des lavages
successifs dans de Feau de mer maintenue a la temperature du laboratoire.
Fig. 1. Photographies in vivo d'ceufs prealablement refroidis et montrant, au cours
de l'expulsion des globules polaires, des mouvements ondulatoires du chorion. Le
refroidissement a debute 10 minutes avant le stade normal de l'expulsion du premier
globule polaire; celui-ci ne s'est cependant expulse que 2 heures apres le rechauffement. Lesflechesdesfig.a et b indiquent l'accumulation du materiel chorial au pole
vegetatif.
De tels oeufs presentent des anomalies de la maturation ('depolarisation' au
sens de Dalcq, 1923). Malgre le rechauffement presque immediat de l'oeuf,
l'achevement de la premiere mitose de maturation (qui aurait du survenir
normalement apres 10 minutes) est reporte a une ou deux heures plus tard. Le
globule polaire est le plus souvent geant, ou meme absent, la mitose de maturation s'achevant, dans ce cas, en profondeur.
Mouvements corticaux de Vceuf
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C'est immediatement avant et pendant l'expulsion du globule polaire que se
manifestent les mouvements du chorion tres accentues, constants et reguliers
(Fig. 1; Planche 1C).
Observes sur le vivant (Fig. 1) ils forment des ondulations lentement mobiles
(ce n'est qu'une observation continue qui permet d'observer leur translation)
se propageant dans le sens animal-^vegetatif. II ne s'agit pas uniquement
d'ondulations successives sur place mais celles-ci sont accompagnees d'un
mouvement de translation qui pousse le materiel du chorion vers le pole
vegetatif ou il s'accumule (fleches des Fig. 1 a, b). Lorsque ce processus s'accentue,
la membrane est litteralement soulevee en un mince pedicule au niveau du pole
vegetatif (Fig. 1 b) et lorsque ce pedicule devient tres long, elle finit par se rompre
du cote oppose.
La Planche 1C montre ces crenelures au microscope electronique. Les mouvements et deformations des microvillosites que nous avons decrites de facon
sporadique dans l'ceuf normal, se retrouvent mais avec plus d'intensite et de
regularite. Le centre de la figure, dans Fintervalle entre deux crenelures, montre
le point de depart du mouvement: la microvillosite s'etire et s'amincissant au
niveau de sa base, se dilate en ampoule au moment ou elle atteint la partie dense
du chorion, et s'etire de nouveau au niveau de son extremite. Au niveau des
crenelures (parties droite et gauche de la Planche 1C), la plupart des villosites
sont coupees transversalement c'est a dire qu'elles s'inflechissent en direction
tangentielle pour aborder la partie dense du chorion perpendiculairement au
niveau de ses plis. Remarquons aussi que le plasmolemme basal n'est que peu
ondule.
L'interpretation dynamique de tels aspects nous parait etre la suivante.
L'observation sur le vivant nous a montre une progression de crenelures en
vagues successives. Ces vagues sont dues a des elongations successives et rythmiques des microvillosites, independamment du plasmolemme basal dont la
deformation n'est que minime. Au cours de son elongation, la microvillosite
glisse librement dans la partie peu dense, basale, du chorion qui reste appliquee
sur la surface de l'oeuf. En revanche, elle bute litteralement contre la resistance
de la couche dense a laquelle elle est fortement adherente, d'ou la formation
purement passive des ampoules. L'elongation conjointe de nombreuses microvillosites parvient cependant a soulever la partie dense du chorion et a la plisser.
De facon purement passive, ces plis impriment a la base amincie des villosites,
une direction tangentielle.
Les crenelures du chorion sont done dues a des vagues successives d'elongation
des microvillosites. Examinons enfin comment se realise la longue pediculisation
du chorion au pole vegetatif (Planche 2). Elle resulte manifestement d'une
rupture qui s'est operee a la base du systeme microvillositaire.
Comme nous l'avons vu sur le vivant, les vagues successives, orientees de
toutes parts dans le sens animal-vegetatif, entrainent un mouvement de translation du chorion. Comme les microvillosites sont strictement solidaires de la
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partie dense du chorion ou elles sont enrobees, elles gardent leur disposition
spatiale mais le mouvement de translation du chorion provoque un veritable
cisaillement au niveau des bases d'implantation des villosites qui se detachent
du plasmolemme basal. Comme en temoigne la Planche 2, celui-ci se reconstitue
avec 'cicatrisation' immediate de tous les points de cassure. La rupture a
entraine toutefois une certaine perte de materiaux qui se retrouvent epars entre
la surface de l'ceuf et le chorion ainsi que dans le repli de celui-ci. Cette perte
de substance, rapidement cytolysee, explique la formation d'un * liquide perivitellin' purement accidentel.
DISCUSSION
(1) Le mecanisme des mouvements du chorion
La membrane choriale n'est pas simplement superposee a la surface ovulaire;
elle y est solidement rattachee par des microvillosites multiples qui la traversent
et adherent fortement a sa couche externe, dense. Les interpretations des mouvements du chorion qui ont ete presentees par nous en 1949 ainsi que par Costello
en 1958 doivent done etre abandonnees. Les mouvements du chorion sont le
simple reflet mecanique de l'elongation des microvillosites. Cette elongation est
propre aux microvillosites proprement dites sans repercussions notables sur le
plasmolemme de surface de l'ceuf; elle se fait par vagues successives, ce qui
provoque des mouvements ondulatoires, mais lents, du complexe chorionmicrovillosites. Ces mouvements paraissent orientes. Dans le cas que nous
avons etudie chez Barnea, cette orientation va dans le sens animal-vegetatif;
cette orientation des vagues successives aboutit a un tassement du materiel
chorial au niveau du pole vegetatif.
(2) La signification des mouvements du chorion dans le developpement normal
Des mouvements ondulatoires du chorion apparaissent dans le developpement
normal de Chaetopterus (Pasteels, 1949) avec une localisation tres precise, en
relation avec les phases de deformation du cortex qui correspondent a Pexpulsion
des globules polaires ainsi qu'a la formation du lobe polaire. Cette relation est
d'ordre chronologique mais pas strictement topographique. En effet, chez cette
espece, l'expulsion de chacun des deux globules polaires est precedee d'une
serie d'ondulations qui s'installent au pole vegetatif et progressent vers le pole
animal; apres l'expulsion du second globule polaire, on assiste a une nouvelle
vague dont la direction est inverse, allant du pole animal jusqu'en dessous de
l'equateur; enfin, immediatement avant la formation du lobe polaire, des ondulations se manifestent simultanement aux deux poles.
Cette activite corticale est done nettement liee aux changements physicochimiques du cortex qui precedent la formation de sillons ou de lobes mais elle
n'est nullement localisee aux endroits ou se forment ces sillons; elle n'intervient
done pas directement dans le creusement du sillon. Nous avons vu d'ailleurs
(Pasteels & Harven, 1962) que chez Barnea les microvillosites paraissent plutot
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PLANCHE2
Coupe au niveau du pole vegetatif d'un ceuf refroidi analogue a celui de la Fig. 1 b. La base
des microvillosites s'est detachee; le complexe villosites-chorion se souleve; presence de
debris ceUulaires constituant un 'liquide perivitellin' anormal. x 14.000.
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facing p. 316
Mouvements corticaux de Vceuf
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passives aux endroits d'enfoncement des sillons, etant litteralement etirees vers
la profondeur.
Chez Barnea, cette activite des microvillosites n'apparait habituellement pas
au cours du developpement normal, bien qu'elle puisse se manifester sporadiquement dans certaines pontes, trop sporadiquement cependant pour que nous
ayons pu en faire une etude systematique. On peut presumer pourtant que
normalement, dans tous les oeufs, une activite semblable puisse exister de facon
discrete et qu'elle puisse difficilement etre mise en evidence.
(3) Uaccentuation des mouvements du chorion
Chez Chaetopterus nous avons decrit (1949) des mouvements beaucoup plus
accentuees du chorion dans des oeufs actives par le KCl ('differenciation sans
clivage') qui ne se segmentaient pas et qui montraient une serie de cycles
monasteriens. L'activite corticale suivie de facon continue pendant plus d'une
heure (87 minutes), s'y est revelee assez complexe mais montrant un maximum
d'intensite aux endroits ou se manifestaient les lobulations caracteristiques d'une
telophase de division monasterienne.
Cette activite est egalement exacerbee lorsque des oeufs fecondes de Chaetopterus (Henley, 1959) ou de Barnea (present travail) sont soumis au froid. Or, dans
les deux cas on observe un retard considerable soit de la formation des globules
polaires {Barnea) soit de la premiere division de segmentation {Chaetopterus).
Dans les deux cas, ce retard ne peut pas etre attribue a un effet thermique direct,
car il reste considerable (134 a 704 minutes dans les experiences de Henley, 1 a
2 heures dans les notres) malgre le rechauffement presque immediat des oeufs.
L'activite des villosites est done exacerbee lorsque le clivage est rendu difficile;
de meme que dans les oeufs de Chaetopterus et de Spisula, elle est accentuee dans
les oeufs monasteriens ou les sillons normaux sont remplaces par des lobulations
informes.
On peut en conclure qu'une inhibition du clivage provoque une accentuation
de la modification corticale qui precede le clivage.
(4) A propos du soulevement de la membrane
Dans ses experiences sur Chaetopterus, Henley (1959) a vu, a la suite du
refroidissement et des mouvements corticaux qui en resultaient une 'exaggerated
elevation of the fertilization membrane'. Cette interpretation nous parait devoir
etre rectifiee. L'ceuf de Chaetopterus a une structure corticale analogue a celle
de Barnea. Les alveoles corticaux n'y eclatent pas au moment de la fecondation;
celle-ci ne s'accompagne pas de remaniements morphologiques du cortex. Le
terme de 'membrane de fecondation' est impropre. Nos experiences sur Barnea
ont montre la nature reelle du 'soulevement de membrane' produit a la suite
du choc thermique. II resulte d'une rupture de la base des villosites due a
l'exacerbation anormale de leurs mouvements. L'espace perivitellin qui se constitue ainsi est nettement anormal et resulte de la liquefaction de debris resultant
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J. J. PASTEELS
de cette rupture. On peut presumer qu'il en est de meme dans les experiences
de Henley chez Chaetopterus ainsi que dans les 'soulevements de membrane'
que nous avions decrits chez Barnea en 1930 sous Peffet du CaCl2.
RESUME
1. Les mouvements ondulatoires du chorion de l'ceuf decrits precedemment
chez Chaetopterus ont ete observes sporadiquement dans certaines pontes de
Barnea; ils sont suscites avec grande intensite a la suite d'un refroidissement
de l'oeuf.
2. Dans les deux cas, l'examen au microscope electronique a demontre que
ces ondulations sont dues a des vagues successives d'elongation des microvillosites.
3. Cette elongation des microvillosites est autonome et se fait independemment de toute ondulation du plasmolemme.
4. L'apex des villosites etant fermement inclus dans la partie dense, peripherique du chorion, celle-ci est soulevee et plissee par Felongation des
villosites.
5. Dans les oeufs refroidis avant l'expulsion du globule polaire, cette expulsion
est considerablement retardee; c'est dans ces conditions que Ton observe immediatement avant l'expulsion et au cours de celle-ci des ondes d'ondulations
allant dans le sens animal-vegetatif.
6. De telles ondes provoquent un mouvement de translation du chorion qui
s'accumule au pole vegetatif; cette translation provoque un mouvement de
cisaillement a la base des villosites; il en resulte une rupture detachant l'ensemble
chorion-microvillosites de la surface de l'ceuf ce qui aboutit a un ' soulevement
de membrane' nettement pathologique pour les especes considerees {Barnea et
Chaetopterus).
7. La signification de cette activite corticale est discutee; elle apparait correlative aux changements physico-chimiques generaux (c'est a dire affectant l'ensemble de la surface de l'oeuf) precedant l'apparition des sillons ou de leurs
equivalents.
8. Dans tous les cas ou la formation des sillons est abortive (monasters) ou
considerablement retardee (choc par le froid), cette activite corticale est exacerbee.
SUMMARY
Cortical movements in the egg of Barnea Candida (Mollusca,
Lamellibranchiata) studied with the electron microscope
1. The crenulations of the egg-chorion ('vitelline membrane'), previously
described in Chaetopterus, have been observed occasionally in certain batches
of Barnea; they may be provoked with greater intensity by cold treatment.
2. In both cases the electron microscope demonstrates that these undulating
Mouvements corticaux de Vceuf
319
movements are the result of an elongation of the microvilli, occurring in successive waves.
3. This elongation of the microvilli is autonomous and occurs independently
of any undulation of the basal plasmalemma.
4. The tips of the microvilli are firmly embedded in the dense peripheral layer
of the chorion, which is, as a result, lifted up and folded by the elongation of
the villi.
5. In eggs which have been cold treated before the expulsion of the first polar
body, this expulsion is considerably delayed; under these conditions the undulations of the chorion may be observed before and during the formation of the
polar body, progressing from the animal towards the vegetative pole.
6. Those undulations progressing towards the vegetative pole provoke a
translation movement of the chorion which accumulates at the vegetative pole.
Through this translation there occurs a tangential disrupture at the base of the
microvilli; also, the microvilli-chorion complex is thus lifted from the basal
plasmolemma resulting in an ' elevation of the membrane', a condition which
is pathological for the species {Barnea and Chaetopterus) considered in the
present work.
7. The meaning of this cortical activity is discussed. It appears in correlation
with physico-chemical changes affecting the entire surface of the egg immediately
before the formation of furrows and furrow-like deformations (i.e. polar lobe).
8. In all cases in which the formation of furrows is either abortive (monasters)
or considerably delayed (cold shock), this cortical activity is enhanced.
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