The induction of a supernumerary pharynx in a planarian

Incisions are made in the prepharyngeal region of Dugesia lugubris. These incisions are repeated every day.

When the nerve trunks are regularly cut, a supernumerary pharynx may appear at the level of the incisions, on condition that these incisions are far enough from the origin of the host pharynx.

However, even at large distances, the pharyngeal region exerts an inhibitory effect on the regeneration of such a pharynx: 20 days are necessary for its differentiation, and it is always smaller than the host pharynx.

It seems that the nerve trunks play, one way or another, a role in the induction of the supernumerary pharynx, but it cannot be determined what role they play. The nature of inhibition is not certain.

These results are compared to those obtained by other authors.

Lorsque l’on découpe un fragment dans la zone pharyngienne de Dugesia lugubris et qu’on le réimplante sur place, il apparaît fréquemment dans la zone prépharyngienne un pharynx surnuméraire ayant une orientation identique à celle du pharynx de l’hôte. Mais ceci ne se produit que lorsque l’orientation initiale - dorsoventrale ou transverse - du fragment réimplanté a été modifiée (Schilt, 1968). La réorientation de la zone pharyngienne semble avoir isolé cette dernière de la zone prépharyngienne.

L’isolement de la zone pharyngienne - et du même coup l’apparition d’un pharynx supplémentaire - peut s’obtenir par un autre procédé: des incisions répétées.

Les expériences sont faites sur Dugesia lugubris. Les individus choisis sont de grande taille (1 cm de long). Au moment de l’opération, ils sont placés sur de la glace, face ventrale vers le haut: on devine ainsi généralement les troncs nerveux.

A l’aide d’éclats de lames de rasoir de taille variable, on pratique une ou plusieurs incisions allant de la face ventrale à la face dorsale. Ces incisions sont répétées tous les jours.

Une première série est réalisée à titre d’essai sur 52 animaux. L’incision est large (2/3 de la largeur du corps) (Fig. 1 A). Dix animaux sont disséqués sous la loupe, 4 fixés et étudiés histologiquement. Les résultats de cette série sont les suivants :

Fig. 1.

Série d’essais. (A) Nature de l’incision. (B) Résultats lorsque les bords de la plaie se ressoudent. (C) Résultat lorsque la plaie reste béante.

Fig. 1.

Série d’essais. (A) Nature de l’incision. (B) Résultats lorsque les bords de la plaie se ressoudent. (C) Résultat lorsque la plaie reste béante.

– Dans 1 cas, les bords de la plaie se sont ressoudés régulièrement tous les jours. L’animal est fixé le 26ème jour. L’étude histologique révèle l’existence d’un pharynx supplémentaire derrière la section; ce pharynx n’a pas de bouche (Figs. 1B, 2A).

– Dans 4 cas, les bords de la plaie ne sont pas ressoudés et ont cicatrisé séparément. Dans chacun des cas, un pharynx supplémentaire est présent au moment de l’étude (étalée pour les 4 cas du 15éme au 21ème jour). Mais cette fois, le nouveau pharynx se trouve dans la partie antérieure, juste devant la section, exactement comme si les deux parties de la planaire avaient été entièrement séparées (Figs. 1 C, 2 B).

– Dans tous les autres cas, les parties antérieure et postérieure de chaque animal se sont détachées l’une de l’autre par suite du déchirement des tissus situés de part et d’autre de la plaie.

Pour éviter cet inconvenient et permettre aux deux bords de se ressouder dans tous les cas, les incisions réalisées par la suite sont plus étroites. Dans ces conditions, les plaies se cicatrisent d’un jour à l’autre mais restent toujours parfaitement visibles, permettant une incision journalière au même endroit (Tableau 1). Après chaque opération, les animaux sont remis dans l’eau à température ambiante.

Tableau 1.

Schéma des opérations et nombre de cas

Schéma des opérations et nombre de cas
Schéma des opérations et nombre de cas

Au bout d’un temps variable, allant de quelques jours à plusieurs semaines, ils sont disséqués sous la loupe ou plus généralement fixés au liquide de Bouin-Hollande et colorés à l’hématoxyline-éosine sur coupe de 10 μm. Pour permettre de localiser le niveau des sections, les animaux sont le plus souvent fixés juste après une opération.

Incision affectant les deux cordons nerveux

Expérience 1: deux incisions étroites au même niveau (55 cas, 11 disséqués, 44 fixés dont 26 après le 20ème jour)

Dans 18 cas sur les 26, il apparaît un pharynx surnuméraire; sa racine se trouve au niveau des incisions; le pharynx déborde vers l’arrière (Fig. 2C).

Fig. 2.

(A) Coupe sagittale du cas figure en Fig. 1 B. (B) Coupe sagittale partielle du cas figuré en Fig. 1C. L’avant de l’animal est à gauche. (C) Expérience 1 – coupe transversale passant par l’incision et la racine du pharynx supplémentaire. (D) Expérience 3 – différenciation musculaire (m) obtenue dans deux cas (coupe transversale). CN = cordons nerveux; I = niveau de l’incision; Ph = pharynx de l’hôte; Ps = pharynx supplémentaire. (A) × 30; (B) et (C) ×100; (D) ×50.

Fig. 2.

(A) Coupe sagittale du cas figure en Fig. 1 B. (B) Coupe sagittale partielle du cas figuré en Fig. 1C. L’avant de l’animal est à gauche. (C) Expérience 1 – coupe transversale passant par l’incision et la racine du pharynx supplémentaire. (D) Expérience 3 – différenciation musculaire (m) obtenue dans deux cas (coupe transversale). CN = cordons nerveux; I = niveau de l’incision; Ph = pharynx de l’hôte; Ps = pharynx supplémentaire. (A) × 30; (B) et (C) ×100; (D) ×50.

Expérience 2: deux incisions étroites légèrement décalées (18 cas, tous fixés dont 10 après le 20ème jour)

Dans 6 cas sur 10, un pharynx surnuméraire se développe; sa racine peut être située à un niveau intermédiaire entre celui des sections; son extrémité déborde alors l’extrémité postérieure (3 cas). Le pharynx néoformé tout entier peut se trouver derrière la section postérieure (Fig. 3) (3 cas).

Fig. 3.

Reconstitution graphique d’un cas de l’expérience 2. (A) vue latérale; (B) vue dorsale. CND, CNG = cordon nerveux droit et gauche. I1,I2= incisions. b = Bouche. Autres conventions identiques à celles de la Fig. 2.

Fig. 3.

Reconstitution graphique d’un cas de l’expérience 2. (A) vue latérale; (B) vue dorsale. CND, CNG = cordon nerveux droit et gauche. I1,I2= incisions. b = Bouche. Autres conventions identiques à celles de la Fig. 2.

Incision affectant un seul cordon

Expérience 3: une incision étroite sur un des cordons (22 cas, 3 disséqués, 19 fixés dont 13 après le 20ème jour)

Dans deux cas, une différenciation musculaire, rappelant de muscle pharyngien, est notée du côté opéré au niveau de la section (indiqué par m sur le tableau) (Fig. 2D).

Incision(s) épargnant les cordons nerveux

Expérience 4: une incision étroite entre les cordons (11 cas, 1 disséqué, 10 fixés dont 8 après le 20ème jour)

Dans 6 cas sur 8, un pharynx surnuméraire est présent. Mais l’étude histologique révèle que dans tous les cas où un tel pharynx s’est développé, les cordons nerveux ont été lésés par les incisions.

Dans cette série, l’instrument utilisé semble avoir été trop large pour inciser entre les cordons sans les toucher. Comme dans l’expérience 1, le pharynx néoformé est situé derrière l’incision (Fig. 4A).

Fig. 4.

(A) Pharynx supplémentaire obtenu dans l’expérience 4 - vue en coupe longitudinale, × 125.

(B) Coupes transversales des deux pharynx extirpés de l’hôte, en bas le pharynx normal, en haut, le pharynx supplémentaire, × 50.

(C) Exemple de pharynx anormal avec gaine incomplète (coupe longitudinale), ×125.

(D) Coupe transversale d’un pharynx supplémentaire de forme aberrante. Mêmes conventions que pour la Fig. 2. ×125.

Fig. 4.

(A) Pharynx supplémentaire obtenu dans l’expérience 4 - vue en coupe longitudinale, × 125.

(B) Coupes transversales des deux pharynx extirpés de l’hôte, en bas le pharynx normal, en haut, le pharynx supplémentaire, × 50.

(C) Exemple de pharynx anormal avec gaine incomplète (coupe longitudinale), ×125.

(D) Coupe transversale d’un pharynx supplémentaire de forme aberrante. Mêmes conventions que pour la Fig. 2. ×125.

Expérience 5: trois incisions étroites de part et d’autre des troncs nerveux (16 cas, 5 disséqués, 11 fixés dont 6 après le 20ème jour)

Un individu possède un pharynx surnuméraire situé près d’un des cordons nerveux: ce cordon est lésé par l’incision. Dans tous les autres cas, les cordons ne sont pas touchés, les animaux n’ont pas fourni de nouveau pharynx.

Etant donné la difficulté de faire des incisions transverses sans léser les troncs nerveux, une 6ème série est réalisée en pratiquant des incisions parallèles aux cordons nerveux.

Expérience 6: une incision longitudinale médiane (46 cas, 1 disséqué, 45 fixés dont 43 après le 20ème jour)

Il n’est apparu aucun pharynx surnuméraire dans cette série.

Il convient de considérer trois séries d’individus:

  1. Ceux chez lesquels aucun des cordons nerveux n’est touché par l’opération: dans ce cas, on n’observe aucune modification chez l’animal opéré.

  2. Ceux chez lesquels un seul cordon est touché. Aucune modification ne se produit généralement.

  3. Ceux chez lesquels les cordons sont sectionnés régulièrement: dans ce cas, il peut apparaître dans le voisinage immédiat des incisions - en position médiane - un pharynx surnuméraire (très rarement deux pharynx).

En général, ce pharynx néoformé ne s’ouvre sur aucune bouche. Lorsqu’il est bien constitué, sa polarité est normale. Il est toujours plus petit que le pharynx d’origine, 2 à 3 fois plus court que ce dernier: 300–450 μm contre 800 à 1000 μm, longueurs mesurées sur coupes (Figs. 2 A, 3). Son diamètre est réduit dans les mêmes proportions (Fig. 4B).

Dans quelques cas, le nouveau pharynx est aberrant, soit avec une gaine incomplète (Fig. 4C), soit de forme anormale (Fig. 4D). Mais on reconnaît toujours la structure du muscle pharyngien.

Des fixations échelonnées ont montré qu’il faut au moins 20 jours pour qu’un tel pharynx se différencie.

Des expériences précédentes, il ressort que des lésions répétées de la région prépharyngienne peuvent entraîner la différenciation à leur niveau d’un petit pharynx supplémentaire.

Ce n’est pas le traumatisme lui-même qui est responsable de cette différenciation puisque seules des lésions régulières des troncs nerveux la provoquent alors que des lésions de même importance épargnant les cordons ne sont suivies d’aucun effet.

Cette importance des troncs nerveux a déjà été notée au cours d’autres expériences: ainsi j’ai déjà indiqué, dans un travail antérieur (Schilt, 1970), que les cordons nerveux devaient être présents dans un greffon prépharyngien réimplanté en position dorsoventrale inverse pour permettre la différenciation de structures céphaliques sur la face antérieure. Sugino (1964) a également signalé leur importance dans le maintient de la polarité.

Le présent travail montre que les troncs nerveux interviennent d’une façon ou d’une autre au cours de la différenciation d’un pharynx supplémentaire. Ceci rejoint l’idée d’une induction nerveuse du pharynx qu’a émise Bondi (1961).

D’autres auteurs (Wolff, Lender & Ziller-Sengel, 1964; Ziller-Sengel, 1967) ont parlé d’une influence humorale jouant dans l’induction et l’inhibition des organes de la Planaire, en particulier du pharynx. Ainsi, Ziller-Sengel (1967) a montré l’effet inhibiteur d’un pharynx sur la régénération d’un autre pharynx dans son voisinage. Elle a greffé une zone pharyngienne supplémentaire dans une Dugesia lugubris et a excisé le pharynx ainsi greffé. Dans ces conditions, elle a observé que le pharynx de l’hôte peut inhiber la régénération du pharynx greffé, à condition que la distance entre les deux pharynx soit faible ; la régénération du pharynx greffé puis excisé peut aussi être simplement retardée.

Le même auteur a montré que la région pharyngienne renferme une substance inhibitrice qui, appliquée sous forme d’extraits à des Planaires auxquelles on a excisé le pharynx, retarde la régénération de ce dernier de quelques jours.

Comparant les résultats que j’ai obtenus avec ceux décrits par Ziller-Sengel (1967) et Wolff et al. (1964), on pourrait interpréter mes expériences de la façon suivante :

(1) L’incision des troncs nerveux en avant du pharynx déclenche un processus de régénération d’un pharynx surnuméraire au niveau de l’incision. Rien de tel ne se produit si l’incision épargne les troncs nerveux. Il apparaît donc que les cordons nerveux jouent un rôle dans cette induction (avec eux, on sectionne aussi les ovovitelloductes, cependant il paraît peu probable que ceux-ci interviennent dans le processus). Les résultats actuels ne permettent pas de tirer de conclusion sur la nature de cette induction. On pense à une substance émise soit par le système nerveux lui-même, soit par les tissus environnants sous l’influence du système nerveux.

(2) L’induction est contrebalancée par une inhibition émanant de la région pharyngienne. L’inhibition est totale quand la distance entre le pharynx de l’hôte et le niveau d’incision est petite: en effet, j’ai mesuré la distance entre le niveau des sections (ou de la section la plus antérieure) et la racine du pharynx de l’hôte (d, Fig. 5). Cette distance varie de quelques microns à 1,5 mm. Dans tous les cas où un pharynx surnuméraire s’est formé, cette distance était au moins égale à 800 μm. L’inhibition est partielle au delà de cette distance. Dans ce cas, elle a un effet sur la durée d’apparition du nouveau pharynx puisqu’il faut au moins 20 jours pour permettre sa différenciation et sur sa taille qui est toujours réduite. La nature de cette inhibition n’est pas connue. Elle est peut-être humorale. Elle peut s’exercer par diffusion à travers les tissus ou par la voie nerveuse. Il convient de remarquer que, dans les expériences avec des extraits de Ziller-Sengel, ce n’est pas le pharynx lui-même, mais justement la zone pharyngienne (renfermant les troncs nerveux) qui a le plus fort pouvoir inhibiteur.

Fig. 5.

d = Mesure de la distance entre la racine du pharynx de l’hôte et le niveau des incisions.

Fig. 5.

d = Mesure de la distance entre la racine du pharynx de l’hôte et le niveau des incisions.

De nouvelles recherches sont en cours pour essayer de préciser quels sont les facteurs responsables des résultats obtenus dans ce travail.

Chez la Planaire Dugesia lugubris, on pratique des incisions dans la région prépharyngienne. Ces incisions sont refaites tous les jours. Lorsque les troncs nerveux sont régulièrement sectionnés par ces incisions, il peut apparaître à leur niveau un pharynx supplémentaire, à condition que les incisions soient suffisamment éloignées de la racine du pharynx de l’hôte.

Même à grande distance, la région pharyngienne de l’hôte exerce une inhibition sur la régénération d’un tel pharynx surnuméraire: en effet, le délai d’apparition de celui-ci est toujours long (20 jours) et sa taille est réduite.

Il apparaît que les troncs nerveux jouent, d’une façon ou d’une autre, un rôle dans l’induction du pharynx surnuméraire, sans qu’on puisse préciser leur mode d’action. La nature de l’inhibition n’est pas connue.

Ces résultats sont comparés à ceux obtenus par d’autres auteurs.

Ce mémoire constitue une partie de la thèse qui sera présentée par l’auteur en vue de l’obtention du grade de Docteur ès Sciences.

Bondi
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Ricerche e considerazioni sulla induzione del faringe in Planarian
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Recherches sur la détermination et Vinhibition de la morphogenèse des blastèmes de régénération chez les Planaires. Thèse, Faculté des Sciences, Paris
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