Recherches sur Taninialisation de Toeuf d'Oursin par
les ions Zinc
par
R. LALLIER 1
Station Zoologique de I'Universite de Paris, Villefranche-sur-Mer
L A differenciation de l'embryon d'oursin peut etre modifiee experimentalement
par des agents chimiques. On peut obtenir ainsi la vegetativisation des embryons,
c'est k dire l'extension des regions entomesodermiques, en traitant les ceufs par
le chlorure de lithium (Herbst, 1893; Lindahl, 1936). L'animalisation ou extension des territoires ectodermiques est provoquee par les ions sulfocyanure
(Lindahl, 1936), l'acide iodosobenzoique (Runnstrom & Kriszat, 1952) et l'acide
thiomalique (Lallier, 1952). Nous avons montre au cours de recherches anterieures que l'animalisation peut etre obtenue aisement en traitant les ceufs par
les ions zinc (Lallier, 1955 a, b) ou par certains derives organiques acides (Lallier, 1956, 1957, 1958a). L'animalisation obtenue dans ces conditions est particulierement forte et homogene.
Dans ce travail nous etudierons: 1. L'evolution de la sensibilite aux ions zinc
au cours du developpement embryonnaire. 2. Les interferences entre l'animalisation et la vegetativisation au cours des traitements simultanes par les ions zinc et
le chlorure de lithium. 3. L'additivite des effets des agents animalisants au cours
des traitements simultanes par les ions zinc et un colorant polysulfonique, le
bleu Evans. Une note preliminaire a ete presentee (Lallier, 19586).
MATERIEL ET METHODES
Les ceufs de l'oursin Paracentrotus lividus sont utilises dans ces experiences.
Les oeufs fecondes sont laves plusieurs fois a l'eau de mer avant d'etre transferes
dans les milieux de culture. Le volume de chaque culture est de 20 c.c, chacune
contenant sensiblement le meme nombre d'embryons. La temperature est de 19°
a20°C.
Pour etudier la sensibilite aux ions zinc au cours du developpement, nous nous
sommes bases sur les etudes de Horstadius (1937) sur la sensibilite des oeufs
entiers aux ions lithium. Chaque experience comprend deux series de cultures,
et tous les embryons proviennent de la meme femelle. Dans la premiere serie, les
oeufs sont mis des la fecondation dans une solution de ZnCh 5 x 10 ~4 M.
1
Author's address: Station Zoologique de l'Universite de Paris, Villefranche-sur-Mer, AlpesMaritimes, France.
[J. Embryol. exp. Morph. Vol. 7, Part 4, pp. 540-8, December 1959]
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Toutes les 4 heures, des embryons sont preleves, laves soigneusement et transferes dans l'eau de mer normale ou ils poursuivent leur developpement. On
prepare ainsi 6 cultures correspondant respectivement a des sejours de 4, 8, 12,
16,20 et 24 heures dans la solution de ZnCk.
Dans la seconde serie, les embryons sont mis dans la solution de ZnCh 5 x
10 ~4 M, a des intervalles de temps determines soit: 0,4,6,8 et 10 heures a partir
de la fecondation. Dans chacune de ces cultures, on fait deux prelevements
d'embryons, l'un apres 10 heures, l'autre apres 24 heures de sejour. Ces embryons
sont reportes dans l'eau de mer normale apres lavages.
Pour l'etude des traitements simultanes par LiCl et ZnCb, la concentration de
ZnCU fixee a 5 x l O ~ 4 M reste constante, tandis que la concentration de LiCl
varie de 6,5 x 10~3 M a 26 x 10~3 M. Les ceufs sont traites a partir de la fecondation pendant 22 heures consecutives puis reportes, apres lavages, dans l'eau de
mer normale.
Pour l'etude de l'additivite des effets de deux agents animalisants, nous utilisons le bleu Evans a la concentration 5 x l O ~ 6 M e t ZnCL aux concentrations
5 x l 0 " 6 M e t l 0 ~ 5 M . Des sels de zinc et de lithium pour analyse sont utilises
pour la preparation des solutions. La solution stock de ZnCL M/500 dans l'eau
de mer est titree par la methode de Vosburg, Cooper, Clayton, & Pfann (1938).
La solution stock de LiCl 0,65 M est preparee dans l'eau distillee. Le bleu Evans
provient des Laboratoires Eastman Kodak. Les dilutions de ce colorant sont
faites a partir d'une solution stock 2 x 10 ~4 M dans l'eau de mer.
RESULTATS
Evolution de la sensibilite aux ions zinc au cours du developpement
Examinons d'abord les effets de traitements de durees differentes commences
des la fecondation. Les resultats sont presentes dans la fig. 1.
4h.
8h.
12h.
16h.
20h.
24 h.
FIG. 1. Action du chlorure de zinc sur l'ceuf entier. Les ceufs sont mis des la
fecondation dans la solution de chlorure de zinc et y sont laisse's respectivement
pendant 4, 8, 12, 16, 20 et 24 heures.
On remarque que dans ces conditions l'animalisation n'est pas obtenue apres
8 heures de traitement. Les plutei sont seulement plus petits que les temoins, cet
effet est plus marque apres 8 heures de sejour. L'animalisation ne s'observe
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qu'avec des traitements de 16 heures. Elle est toutefois peu prononcee et n'atteint
que la moitie des embryons. L'animalisation est forte et homogene dans les cultures traitees pendant 20 a 24 heures consecutives. Les pontes provenant de
femelles differentes presentent des variations de sensibilite, mais toutes les
experiences montrent la meme augmentation de l'effet animalisant avec l'allongement de la duree du traitement. Ces variations de sensibilite ne s'observent
d'ailleurs que pour les traitements de courte duree. A partir de 20 heures de
traitement l'animalisation est uniforme pour toutes les pontes.
Oh.
4h.
6h.
8h.
lOh.
10 h.
24 h.
FIG. 2. Action du chlorure de zinc sur l'ceuf entier. Les ceufs sont mis 0, 4, 6, 8 et 10 heures
apres la fecondation dans la solution de chlorure de zinc. Dans la range"e superieure sont
represented les embryons traites pendant 10 heures consecutives et dans la range"e inferieure les
embryons trace's pendant 24 heures.
Examinons maintenant les effets de traitements commences a des stades
differents du developpement et prolonges respectivement pendant 10 et 24
heures. Les resultats sont presentes dans la fig. 2.
Deux constatations ressortent de cet examen. (a) Les traitements de 24 heures
sont plus efficaces que ceux de 10 heures. Les traitements de 24 heures
permettent d'obtenir une extension caracteristique de la touffe ciliee apicale, qui
n'est pas obtenue avec les traitements de 10 heures. ib) Pour une meme duree de
traitement l'animalisation est d'autant plus forte que le traitement est commence plus tot apres la fecondation. Les observations precedentes concernant
les variations de la sensibilite selon les pontes s'appliquent egalement ici.
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Traitements simultanes par LiCl et ZnCh
Les resultats sont presentes dans la fig. 3. Les embryons, apres 24 heures de
culture, sont laves et reportes dans l'eau de mer normale ou ils achevent leur
deVeloppement. La vegetativisation est tres prononcee dans les embryons culLiCl 0
3
3
LiCl6-5x103M LiCl 13 x 10'3M LiCl 195 x 1C M LiCl 26x10" M
ZnCl 2 5x 10 M
43%
45%
20%
FIG. 3. Traitements simultanes des oeufs entiers par le chlorure de zinc et le
chlorure de lithium. Dans la ranged supdrieure sont represented les embryons
traites par le chlorure de lithium a differentes concentrations. Dans la rangee
inferieure sont representes les embryons trails par le chlorure de zinc en
presence de concentrations croissantes de chlorure de lithium.
tives en presence de ZnCh 5 x 10 ~4 M et LiCl 19,5 x 10 ~3 M. Les effets animalisants du zinc ne se manifestent pas dans ces conditions ou la concentration en
ions Li est 39 fois celle des ions Zn. En diminuant la concentration en ions Li
jusqu'a 13 x 10~3 M, on observe de tres nets changements dans la morphologie
des larves. Les embryons sont en majorite vegetativises mais de facon plus discrete et on note la presence de plutei de structure normale mais plus petits que
les plutei temoins. Dans ces cultures la concentration en ions Li n'est plus que
26 fois celle des ions Zn. Lorsque la concentration en LiCl s'abaisse a 6,5 x
10 ~3 M les petits plutei augmentent en nombre cependant que Ton note la presence d'embryons animalises avec une touffe ciliee apicale elargie correspondant au type 1/4 selon la terminologie de Horstadius (1935) ainsi que des
embryons animalises a un degre plus faible. Dans ces conditions la concentration en ions Li est 13 fois superieure a celle des ions Zn.
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Traitements simultanes par ZnCh et le bleu Evans
Les resultats sont presentes dans la fig. 4. Utilise seul aux concentrations
1 0 ~ 5 M e t 5 x l 0 ~ 6 M , ZnCh induit le developpement de formes larvaires a
ZnCL20
ZnCl 2 5x10 M ZnCL 2 10 M
bleu Evans
5 x 106M
FIG. 4. Traitements simultanes des ceufs entiers par le chlorure
de zinc et le bleu Evans. Dans la rangee superieure sont represented les embryons trails par le chlorure de zinc a diffe"rentes
concentrations. Dans la rangee infe'rieure sont represented les
embryons trails par le bleu Evans en presence de concentrations croissantes de chlorure de zinc.
symetrie radiale. II en est de meme avec le bleu Evans a la concentration
5 x 10 ~6 M. Agissant ensemble a ces faibles concentrations ZnCk et le bleu
Evans provoquent l'animalisation des larves et celles-ci ne presentent plus
qu'une ebauche d'archenteron.
DISCUSSION
L'etude de Faction des ions Zn au cours du developpement embryonnaire
montre que les effets animalisants diminuent d'intensite avec la progression du
developpement. Les oeufs doivent etre traites des les premiers stades de la segmentation pour que les ions Zn exercent leurs effets animalisants au maximum.
Avec le lithium egalement, la sensibilite maximum se situe au cours des premiers
stades de la segmentation ainsi que l'ont montre Herbst (1893), Horstadius
(1937), Lindahl (1940), Backstrom & Gustafson (1953). Si Ton examine maintenant revolution de la sensibilite aux agents animalisants, on note que Tacide
iodosobenzoique comme les ions Zn est plus efficace lorsqu'il agit sur les premiers stades du developpement. Un traitement prolonge renforce son action
(Backstrom, 1953). Par contre avec le sulfocyanure de sodium, l'animalisation
est plus efficacement obtenue en traitant les oeufs avant la fecondation. Les oeufs
traites apres la fecondation montrent une combinaison d'effets animalisants et
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d'effets inhibiteurs de la differentiation (Lindahl, 1936). Le traitement des oeufs
avant la fecondation par les ions Zn provoque des perturbations de la fecondation et de la segmentation (Cleland, 1953). En raison de revolution parallele de
la sensibilite aux ions Zn et Li, il etait interessant d'etudier les effets d'un traitement simultane par ces deux agents, arm d'examiner dans quelle mesure leurs
effets sur la determination embryonnaire peuvent se corriger mutuellement.
Nous ferons tout d'abord remarquer que ces agents agissent a des concentrations
tres differentes. Pour des effets vegetativisants et animalisants tres accentues, les
concentrations sont de l'ordre de 26 x 10 ~3 M pour les ions Li et seulement de
5 x 10 ~4 M pour les ions Zn. Dans ces conditions les ions Zn sont actifs a une
concentration 50 fois plus faible que celle des ions Li. Dans les cultures mixtes
etudiees nous avons observe le developpement d'un petit pourcentage de plutei
de structure normale lorsque la concentration en ions Li est environ 10 a 20 fois
superieure a celle des ions Zn. La compensation des effets animalisants du zinc
et des effets vegetativisants du lithium n'est toutefois pas parfaite puisque, d'une
part elle ne s'observe que pour un petit pourcentage d'embryons et que, d'autre
part, ceux-ci restent plus petits que les temoins. Une conclusion analogue avait
ete presentee a la suite d'une etude effectuee precedemment dans des conditions
legerement differentes (Lallier, 19556). La suppression de l'animalisation par
le lithium a egalement ete observee avec d'autres agents animalisants, notamment le sulfocyanure (Lindahl, 1936) et la trypsine (Moore, 1952).
Nous avons examine dans un travail anterieur (Lallier, 1957) les effets du
chlorure de lithium sur l'animalisation par le bleu de ciel (chlorazol sky blue).
Dans ces conditions, les embryons passent des formes vegetativisees typiques
pour des concentrations suffisantes en chlorure de lithium, aux formes animalisees lorsque la concentration en chlorure de lithium diminue. Mais on
n'observe pas le developpement de formes pluteiques. La compensation des
effets animalisants par le lithium apparait ainsi plus difficile avec ce colorant
polysulfonique que dans le cas des ions zinc. Ces differences peuvent etre mises
en relation avec le mode d'action de ces agents et en particulier avec leur affinite
pour les proteines.
Ranzi (1951) a montre que les ions Li provoquent des changements dans la
structure des molecules proteiques. Ceux-ci peuvent a leur tour modifier l'affinite
des proteines pour les ions Zn notamment. Une diminution de l'affinite pour ces
ions entrainerait un affaiblissement de l'effet animalisant. Des colorants polycycliques acides, tels que le bleu de ciel ou le bleu Evans, se fixent aux groupes
basiques des proteines par leurs groupes sulfoniques. La stabilite des complexes
ainsi formes peut etre augmentee par Petablissement de liaisons de type Van der
Waals entre les noyaux aromatiques du colorant et les proteines. Cette augmentation de stabilite peut rendre compte d'une part de la grande activite animalisante de ces derives polycycliques acides, ceux-ci agissant en effet a des concentrations tres faibles, et d'autre part de l'impossibilite d'obtenir une compensation
complete lors d'un traitement simultane par LiCl.
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Une interpretation des effets radialisants et animalisants des derivds polysulfoniques et des ions Zn peut etre presentee. La radialisation s'exprimerait
au dessous d'un certain seuil de fixation de l'agent et l'animalisation apparaitrait
lorsque la quantite d'agent fixe depasse ce seuil. Cette conception peut rendre
compte de l'additivite des effets des ions Zn et du bleu Evans.
Les ions Zn ont une affinite marquee pour les groupes imidazoles des proteines
(Gurd & Goodman, 1952). Ces groupes en raison de leur caractere basique sont
egalement capables de fixer les derives organiques acides. Us ne peuvent toutefois etre consideres comme exclusivement responsables de la fixation de ces
agents animalisants. L'etude de la fixation des agents animalisants sur les proteines et des consequences qui en decoulent au point de vue de la synthese des
proteines specifiques au cours du developpement apparait ainsi essentielle pour
la comprehension du determinisme des modifications experimentales de la
determination embryonnaire.
RESUME
1. Les effets animalisants des ions zinc sur le developpement de l'oeuf de
l'oursin Paracentrotus lividus sont etudies.
2. La sensibilite des embryons aux ions zinc est plus forte au debut du
developpement. L'animalisation obtenue est plus forte lorsque le traitement par
les ions zinc est prolonge au dela du stade blastula. Les sensibilites aux ions zinc
et aux ions lithium au cours du developpement evoluent parallelement.
3. Les effets d'un agent vegetativisant, le chlorure de lithium, sur l'animalisation par les ions zinc, sont etudies sur des cultures mixtes en faisant varier la
concentration en ions lithium, la concentration en ions zinc restant fixe. Les
embryons passent du type vegetativise au type animalise lorsque la concentration en ions lithium diminue. Quelques plutei de structure normale mais de
petite taille peuvent etre obtenus avec une concentration convenable en ions
lithium.
4. Les ions zinc a la concentration 5 x 10~6 M et 10~5 M et le bleu Evans, un
colorant polysulfonique acide, a la concentration 5 x 10 ~6 M induisent le developpement de larves a symetrie radiale. Agissant ensemble a ces concentrations, ces agents exercent un effet animalisant.
5. Le determinisme de l'animalisation de l'oeuf d'oursin par les ions zinc est
discute en fonction de leur affinite pour les proteines et des interferences qui en
resultent avec la synthese des proteines specifiques au cours du developpement
embryonnaire.
SUMMARY
1. The animalizing effects of zinc ions on the development of eggs of the seaurchin Paracentrotus lividus were studied.
2. The susceptibility of the embryos to zinc ions is stronger at the beginning
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of development. Treatment by zinc ions has to be extended beyond the blastula
stage in order to get the animalizing effects maximally expressed. The evolution
of susceptibility to zinc ions during development is similar to the evolution of
susceptibility to lithium ions.
3. The action of a vegetalizing agent, such as lithium chloride, on the animalizing effects of zinc ions was studied in cultures with zinc chloride at a concentration o f 5 x l O ~ 4 M and lithium chloride at concentrations varying over
a fairly wide range. With decrease in concentration of lithium chloride, the
embryos pass from vegetalized to animalized types. Very small plutei can be
obtained with suitable concentrations of lithium chloride.
4. Both zinc ions at concentrations of 5 x 10 ~6 M and 10 ~5 M, and the acid
polysulfonic dye, Evans blue, at a concentration of 5 x 10 ~6 M, induce the
development of radial larvae. Acting together at these concentrations, these
agents exert an animalizing effect. The summation of the effects of these two
animalizing agents is thus demonstrated.
5. The process of animalization by zinc ions in the sea-urchin egg is discussed
in relation to the affinity between animalizing agent and proteins, and the interference with synthetic processes of specific proteins during embryonic development.
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