Peut-on faire des épines à partir d’eau de mer ? 

Comment les oursins obtiennent-ils le calcium nécessaire pour construire leurs épines, des structures rigides ? 

On sait maintenant que les épines des oursins sont constituées du calcium qu’ils trouvent dans l’eau de mer. « La question a donc fait un pas en arrière : comment savoir ce qui se passe à un stade précédent ? C’est- à-dire comment obtenir suffisamment des ions de calcium nécessaires pour produire les épines ? Le professeur Weiner ajoute : « Le calcium libre (= ionisé) n’abonde pas dans l’eau de mer, et ils les oursins ont donc besoin de trouver un moyen efficace pour extraire et de concentrer ces ions. »

Pour répondre à cette question, les chercheurs, parmi lesquels Netta Vidavsky, ont eu besoin de méthodes permettant d’observer les cellules des animaux ‘as is’, c’est-à-dire telles qu’elles sont dans la nature,
y compris dans l’eau. Dans ce but, le groupe s’est adressé au docteur Andreas Schertel, de la société Carl Zeiss Microscopy en Allemagne, et au docteur Sefi Addadi, de la Plateforme Technique pour les Sciences de la Vie de l’Institut Weizmann. De nouvelles techniques de pointe leur ont permis d’observer par ultramicroscopie de fluorescence de très fines « coupes optiques » de cellules dans les vivantes au sein les d’embryons d’oursins, et de reconstruire ensuite des images tridimensionnelles de ces cellules pour suivre leur consommation d’ions calcium labellisés.

La professeure Addadi ajoute :
« Il y a encore quelques années, nous n’aurions pas pu mener cette recherche par manque de moyens techniques appropriés.’

Le vert fluorescent représente la distribution du calcium dans les larves des oursins. Les zones de couleur intense correspondent à des spicules et des vésicules contenant une grande quantité de calcium.

Les images ont montré que les cellules larvaires des oursins ‘boivent’ réellement l’eau de mer, absorbant des gouttes d’eau, et faisant une manipulation des ions dans l’eau se trouvant à l’intérieur de la cellule. Ceci contredit la théorie selon laquelle ces cellules prennent seulement les ions, un par un, au moyen de canaux spéciaux dans leurs membranes externes. Les cellules observées étaient remplies de réseaux de microgouttes qu’on appelle ‘vacuoles’, qui accumulent les ions de calcium, créant visiblement des paquets de calcium concentré qui sert à construire les épines.

Cette méthode semble utiliser l’énergie de manière plus efficace qu’en absorbant des ions à travers des canaux (ce que les cellules font aussi), mais ceci présente un autre problème : les cellules doivent aussi être capables de sélectionner le calcium, en expulsant d’autres ions présents dans l’eau de mer, en particulier le sodium et le chlorure.

Le professeur Weiner explique :
« Les chercheurs peuvent être occupés pendant des années à tenter de comprendre comment ces cellules manipulent les ions de l’eau de mer qu’elles boivent ».

Les professeurs Addadi et Weiner font remarquer que ce n’est pas la première fois que ce genre de consommation d’ions de calcium a été observé. Il y a une dizaine d’années, le professeur Jonathan Erez de l’Université hébraïque de Jérusalem a décrit ce phénomène chez des micro-organismes unicellulaires à carapace dure, les foraminifera. A l’époque, cela avait été considéré comme une ‘curiosité’, mais le fait de trouver le même procédé chez deux créatures différentes suggère que cela pourrait être un phénomène assez répandu. Bien que nous ne vivions pas dans l’eau de mer, il se peut que même les cellules qui construisent nos os suivent un processus semblable pour obtenir le calcium.

 

Les recherches de la Professeure Lia Addadi sont financées par la Jeanne and Joseph Nissim Foundation for Life Sciences Research. La Professeure Lia Addadi est titulaire de la Chaire Doroty and Patrick Gorman. 

Les recherches du professeur Stephen Weiner sont financées par le Centre Helen and Martin Kimmel for Archaeological Science, qu’il dirige ; le Dangoor Accelerator Massachusetts Spectrometer Laboratory ; et la succession de George et Beatrice F. Schwartzman. Le Professeur Weiner est titulaire de la chaire Dr. Walter and Dr. Trude Borchardt de Biologie structurale.