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Hydre
Hydra viridis
Hydre est un genre d'animaux de l'embranchement des cnidaires (les cnidaires sont des animaux relativement simples, spécifiques du milieu aquatique ; on y retrouve, entre autres, les coraux, les anémones de mer et les méduses).
L'hydre ou Polype d'eau douce est un pluricellulaire complexe d'apparence végétale. Les généticiens considèrent ce polype comme immortel, notamment grâce à ses capacités régénératrices.
En France, on connaît trois espèces : Hydra fusca, l'hydre brune, Hydra grisea l'hydre grise, et Hydra viridis (=Chlorohydra viridissima) l'hydre verte dont la couleur est due à des chlorelles symbiotiques.
Étymologie :
Carl von Linné créa en 1758 le genre Hydra car l'animal, après avoir eu la tête tranchée, voit une nouvelle tête lui repousser, un peu comme l'Hydre de Lerne, de la mythologie grecque antique, un serpent monstrueux à sept têtes, qui repoussaient à mesure qu'on les coupait, si on ne les abattait pas toutes d'un coup.
Le terme de « Polype d'eau douce » a été créé par Réaumur (1683-1757), le grand naturaliste auquel Abraham Trembley avait envoyé quelques spécimen de l'animal pour étude.
Description
Classification
Règne
Animalia
Embranchement
Cnidaria
Classe
Hydrozoa
Ordre
Hydroida
Famille
Hydridae
Genre
Hydra
Linnaeus, 1758
L'hydre est un organisme assez petit (il peut atteindre 15 mm), qui n'a pas de squelette. C'est un polype vivant en eau douce à la différence de 99% des cnidaires qui sont marins. Au moindre contact, le polype peut se rétracter au point de ne plus former qu'un petit amas de 2 à 3 mm, peu visible.
Il possède 6 à 10 tentacules urticants entourant la bouche-anus et régénère rapidement les parties qui lui sont enlevées. Un polype s'accroche généralement par son pied au milieu environnant mais il peut aussi migrer et se suspendre à la surface de l'eau par tension superficielle (le pied au sec et le reste du corps dans l'eau). Sans point d'accroche, le polype ne nage pas et coule lentement dans l'eau.
Le corps de l'hydre est formé d'un tube, comportant une ouverture à une extrémité, entourée de tentacules et fermé à l'autre extrémité. Ces deux extrémités sont nommées respectivement la tête et le pied (ou sole de fixation). La partie médiane du corps est renflée.
La colonne gastrique comporte deux feuillets, appelés ectoderme et endoderme, séparés par une fine matrice extra-cellulaire appelée mésoglée.
Des cellules interstitielles, principalement situées dans l'espace interstitiel entre les cellules épithéliales ectodermiques, se différencient en cellules nerveuses, cnidocytes, cellules glandulaires et gamètes.
A la différence des autres cnidaires, l'Hydre n'existe que sous forme polype et n'a donc pas de forme méduse. Elle est dépourvue de tout squelette ectodermique.
Mode de vie
Régime alimentaire : l'hydre se nourrit de petits invertébrés capturés à l'aide de ses tentacules. Elle immobilise ses proies animales en déchargeant le venin contenu dans ses cellules urticantes, les cnidocytes.
Habitat : l'hydre fréquente les cours d'eau lents, les mares et les étangs, riches en végétation et comportant une eau claire. Elle est abondante au printemps et au début de l'été. On la trouve fixées sur les végétaux aquatiques et à la face inférieure des lentilles d'eau.
Histoire
Au XVIIIe siècle, Abraham Trembley (1710-1784) fut le premier naturaliste à donner une description précise d'un « genre de polype d'eau douce ». Trembley qui naquit à Genève fit d'abord des études de mathématiques avant de se rendre aux Pays-Bas où il s'engagea comme précepteur des enfants d'un comte. Il consacra son temps libre à étudier les plantes et animaux qui peuplaient les mares et ruisseaux du domaine de son employeur. En 1744, il publia un mémoire intitulé Mémoires pour servir à l'histoire d'un genre de polypes d'eau douce, à bras en forme de cornes dans lequel il relate, dans un français élégant du XVIIIe siècle, toutes les observations méticuleuses qu'il fit et les expériences qu'il imagina afin de tester ses hypothèses.
« Les premières fois que je considérai ces petits corps, je les pris pour des Plantes parasites, qui croissaient sur les autres Plantes » (Mémoire...). Il observe que l'hydre peut bouger ses bras et que ce mouvement parait « devoir venir d'une cause intérieure » puisqu'ils peuvent se contracter puis se redéployer.
Il note aussi chez ces êtres, l'étrange propriété absente chez les plantes, de se mouvoir. Ils se déplacent du côté du flacon recevant le plus de lumière. « Je fus d'abord curieux de savoir, si ce fait n'était qu'accidentel, ou bien s'il résultait d'un penchant marqué que les Polypes eussent pour l'endroit du verre le plus éclairé. Pour m'en assurer, je fis faire un demi tour au verre...Le jour après avoir tourné le verre, je trouvai que le côté le moins éclairé, celui sur lequel j'avais laissé beaucoup de Polypes, en était presque entièrement dépeuplé ».
Il note aussi que ces êtres étaient capables de capturer des proies avec leurs tentacules puis de les ingérer. Toutes ces observations soutenaient l'hypothèse que le polype était un animal mais avant de rejeter l'idée que ce pourrait être une plante, il voulut savoir si après avoir coupé en deux le polype, chacune de ses moitiés serait capable de régénérer un polype entier, comme seule une plante est capable de le faire (comme on le pensait à l'époque). Il effectua des sections transversales et longitudinales du tube qui constitue le corps du polype et observa à chaque fois que chaque moitié pouvaient reconstituer un polype entier semblable à l'original! « Tout ce que j'avais fait pour me tirer du doute, n'avait servi qu'à m'y jeter davantage ».
Toujours avec la même curiosité et la même ouverture d'esprit, il poursuivit pendant plusieurs années ses observations méticuleuses, multipliant les expériences pour mettre à l'épreuve ses hypothèses ou effectuant des rapprochements avec d'autres êtres vivants comme « une espèce de Vers, que j'ai déjà observés avec attention, qui multiplient beaucoup, & que je n'ai vus encore multiplier par bouture ».
Trembley se persuada finalement que les polypes d'eau douce étaient des animaux. Son Mémoires de 1744 constitue la première description de la régénération animale complète, la régénération des pinces de homard ayant été rapportée par Réaumur peu de temps auparavant. Après avoir eu un grand écho auprès de ses contemporains, ses recherches zoologiques ont sombré dans l'oubli. Ce n'est que la zoologie moderne qui a reconnu la valeur de ses travaux et la qualité de sa méthode expérimentale, chose nouvelle à l'époque. L'hydre fut un modèle largement utilisé au XXe siècle.
Une Hydre, dessinée par Trembley dans son mémoire de 1744.
Reproduction
En dehors de la multiplication par bouturage (ou régénération) qui exige un découpage et donc normalement une intervention externe, l'hydre possède deux modes de reproduction :
La reproduction asexuée par bourgeonnement.
Il faut que deux conditions essentielles soient réunies pour que l'hydre se reproduise de cette façon : la température de l'eau doit être adéquate, et la nourriture abondante. Si c'est le cas, alors, une petite excroissance (diverticule de la cavité digestive) apparaît vers le tiers du corps de l'hydre. Cette excroissance migre en direction du pied et grandit en formant une sorte de bourgeon. Celui-ci va s'ouvrir au bout en formant une « bouche » qui se garnira par la suite de tentacules. Finalement, ce bourgeon possède toutes les caractéristiques d'une hydre normale, et ainsi, le bourgeon va se séparer de l'hydre pour « mener sa propre vie ». Cette hydre est génétiquement identique à son parent. Toutefois, en cas de pénurie alimentaire, les bourgeons ne se séparent pas et forment de petites colonies transitoires pouvant associer des unités de 1er, 2e ou 3e ordre.
La reproduction sexuée.
Hydra fusca est gonochorique alors que l'hydre verte (Chlorohydra viridissima = Hydra viridissima) est un animal hermaphrodite. Les gonocytes, issus des cellules interstitielles, participent à la formation de testicules coniques, situées sur la tête, et d'ovaires hémisphériques situés sous la zone de bourgeonnement. Chaque gonophore mâle (testicule) apparaît sous la forme d'un mamelon ou une sorte de verrue conique bourrée de cellules totipotentes. Au niveau des ovaires, il se forme de gros ovules qui repoussent le feuillet ectodermique. Les spermatozoïdes flagellés, libérés par rupture du feuillet ectodermique, nagent jusqu'aux ovules qu'ils fécondent sur place. Une petite larve nageuse (planula) sera libérée à la belle saison. Celle-ci après fixation, constituera une nouvelle hydre.
Cette reproduction a lieu à la fin des bonnes conditions climatiques, en automne ou en hiver.
Bourgeonnement d'hydre
Reproduction asexuée et sexuée de Hydra viridissila
Le pouvoir de régénération
La subdivision de la colonne gastrique de l'hydre en 200 petits fragments de 0,2 mm entraine la régénération à partir de chaque fragment d'un polype entier. N'importe quel fragment du corps comportant quelques centaines de cellules épithéliales peut régénérer l'animal entier. Cette aptitude à l'auto-organisation est due à une production continue de cellules et de facteurs de signalisation dans le tissu adulte.
Lorsque l'hydre est placée dans un milieu nourricier riche, les cellules des deux feuillets de la colonne gastrique se multiplient de manière ininterrompue. Les cellules formées se déplacent continûment vers la tête et vers le pied, contribuant ainsi à la croissance. Celle-ci se poursuit jusqu'à une taille maximale puis la production ininterrompue de cellules produit des bourgeons qui vont donner de nouveaux individus.
La production continue de cellules est accompagnée de la mort tout aussi permanente des cellules les plus anciennes. Cette destruction se produit à l'extrémité des tentacules et au niveau de la base du polype. Ces deux processus complémentaires de destruction et de croissance, assurent un renouvellement constant des tissus. Le remplacement total survient, suivant les conditions environnementales, en un à deux mois. Il n'y a donc pas de sénescence.
La zone médiane du corps est riche en cellules souches, appelées cellules interstitielles. Les extrémités de l'animal sont par contre pauvres en cellules souches et riches en cellules différenciées. Les cellules souches sont des cellules totipotentes, prolifératrices et capables d'autorenouvellement.
Les cellules souches avec leur capacité proliférative ininterrompue confèrent à l'hydre une "sorte d'immortalité", tout d'abord parce que son corps est constamment renouvelé et rajeuni et ensuite, parce que ses cellules produisent indéfiniment des bourgeons qui propagent les individus dans le milieu. L'hydre mère et ses descendants issus de bourgeons forment un seul clone, qui si les conditions sont favorables, s'accroît en permanence, donnant un être que l'on peut qualifier de potentiellement immortel, connaissant de surcroît une éternelle jeunesse potentielle. Bien sûr, de nombreuses causes de mort accidentelle peuvent faire disparaître chaque polype mais apparemment pas la vieillesse.
La régénération ressemble à la croissance normale mais elle démarre toujours après une blessure. Le gène Kazal1 codant pour un inhibiteur d'enzymes capables de digérer les protéines (ou protéases) qui est exprimé dans les cellules glandulaires, est hyperexprimé immédiatement après l'amputation, au sein du bourgeon de régénération. Lorsque ce gène Kazal1 est réprimé, les hydres ne survivent pas au stress de l'amputation. Il existe chez les mammifères un gène homologue, nommé SPINK1, qui est fortement exprimé dans les cellules pancréatiques exocrines. Son mauvais fonctionnement entraîne une pancréatite chronique.
Ainsi, les protéines codées par Kazal1 chez l'hydre et par SPINK1 chez l'homme, protègent les tissus du stress en prévenant une autophagie excessive.
Hydre. (A) section longitudinale montrant une organisation épithéliale simple. Les flèches indiquent la direction du mouvement des tissus. (B) photographie d'une section de l'épithélium au niveau de la colonne. Cell. cellule ; endo. endodermique ; ecto. ectodermique ; gland. glandulaire ; intersti. interstitielle. Adapté de Bosch1 2007
La sensibilité à la lumière
Selon une étude de Plachetzki et als, cet animal primitif, cousin de la méduse, aurait conçu le gène responsable de l'impulsion neuronale à l'origine de la vue. Tous les vertébrés, y compris l'homme, en ont hérité.
Les hydres des animaux primitifs n'ont pas d'yeux mais sont quand même sensibles à la lumière. Elles possèdent des gènes fonctionnels codant l'opsine jouant un rôle central dans la cascade de phototransduction .
Listes d'espèces
Hydra americana Hyman, 1929
Hydra canadensis Rowan, 1930
Hydra carnea L. Agassiz, 1850
Hydra cauliculata Hyman, 1938
Hydra hymanae Hadley & Forrest, 1949
Hydra littoralis Hyman, 1931
Hydra minima Forrest, 1963
Hydra oligactis Pallas, 1766
Hydra oregona Griffin & Peters, 1939
Hydra pseudoligactis (Hyman, 1931)
Hydra rutgerensis Forrest, 1963
Hydra rutgersensis Forrest, 1963
Hydra utahensis Hyman, 1931
Selon le Registre mondial des espèces marines (WRMS)
Hydra americana Hyman, 1929
Hydra baikalensis Swarczewski, 1923
Hydra beijingensis Fan, 2003
Hydra canadensis Rowan, 1930
Hydra cauliculata Hyman, 1938
Hydra circumcincta Schulze, 1914
Hydra daqingensis Fan, 2000
Hydra hadleyi Forrest, 1959
Hydra harbinensis Fan & Shi, 2003
Hydra hymanae Hadley & Forrest, 1949
Hydra iheringi Cordero
Hydra intaba Ewer, 1948
Hydra intermedia De Carvalho Wolle, 1978
Hydra japonica Itô, 1947
Hydra liriosoma Campbell, 1987
Hydra madagascariensis Campbell, 1999
Hydra mariana Cox & Young, 1973
Hydra minima Forrest, 1963
Hydra mohensis Fan & Shi, 1999
Hydra oligactis Pallas, 1766
Hydra oregona Griffin & Peters, 1939
Hydra oxycnida Schulze, 1914
Hydra paludicola Itô, 1947
Hydra parva Itô, 1947
Hydra plagiodesmica Dioni, 1968
Hydra robusta (Itô, 1947)
Hydra rutgersensis Forrest, 1963
Hydra salmacidis Lang da Silveira, Souza-Gomes & de Souza e Silva, 1997
Hydra umfula Ewer, 1948
Hydra utahensis Hyman, 1931
Hydra viridissima Pallas, 1766, = Chlorohydra viridissima l'Hydre verte
Hydra vulgaris Pallas, 1766
En aquariophilie
En aquariophilie, les hydres sont considérées comme relativement nuisibles : elles sont urticantes pour les poissons adultes et pourraient se nourrir d'alevins très petits[réf. nécessaire]. Enfin, suivant les conditions du milieu, elles peuvent se multiplier rapidement.
Quelques vidéos
La planula, larve des hydres brunes et vertes
Le développement embryonnaire des hydres d'eau douce commence au contact du corps de l'hydre mère. Puis, l'embryon se détache et commence à mener une vie libre. C'est le stade de la larve "planula", sorte d'yhdre miniature sans bouche ni tentacule. La planula nage un certain temps avant d'élaborer un pôle de fixation au substrat. Elle commence à montrer des cellules urticantes, les cnidocystes qui déjà, se différencient dans l'épiderme. Dans cette video, sont représentées la planula de l'hydre brune puis celle de l'hydre verte.
Hydre verte / Hydre brune, quelle différence?
Mises côte à côte, ces deux espèces d'hydre d'eau douce montrent des différences fondamentales de leurs colorations. A gauche, l'hydre est verte à cause des zoochlorelles ébergées par les cellules de l'endoderme. A droite, l'hydre est brune et ses tissus, dépourvus de zoochlorelles, sont transparents avec ici et là quelques inclusions brun-clair à l'origine de sa coloration globale, et qui évoquent des grains de pigment.
Le repas raté de l'hydre
Les daphnies constituent une bonne part de l'alimentation des hydres d'eau douce. Cependant, encore faut-il les attraper. L'hydre est bien équipée avec ses tentacules garnis de cellules urticantes, les cnidocystes ( voir : Hydra viridis, https://www.youtube.com/watch?v=fWdC_d7kVIA ). Ce sont eux qui, en se dévaginant, émettent un long microtube terminé comme un harpon, par une pointe à crans. Cette dernière perfore les tissus de la proie, injecte un venin et la retient tant que la solidité du microtube le permet. Mais, la proie se débat, le microtube casse et la daphnie repart...jusqu'à une prochaine fois!
Le repas de l'hydre
Pour l'observateur, la transparence de l'hydre brune lui procure un grand avantage sur l'hydre verte. En effet, on voit distinctement à travers! Dans le cas présent, juste après la prise de nourriture, on distingue très nettement deux proies dans la cavité digestive de l'hydre : un copépode reconnaissable à sa forme et à ses appendices abdominaux et une daphnie dont le gros oeil noir médian contraste avec les tissus de l'hydre.
Hydra viridis, 2 oeufs
Les hydres d'eau douce produisent généralement un oeuf à la fois ( voir : Hydra viridis, le début du développement, https://www.youtube.com/watch?v=cF-cJN-LYv4 ). Cependant, des individus de grande taille comme celui-ci peuvent en produire deux capables de se développer.
Hydre à 2 bouches
A ranger au rang des curiosités de la nature, cette hydre verte possède deux orifices buccaux. Chose rare sans doute mais pas inexplicable. En effet, le haut pouvoir bourgeonnant et régénérateur des tissus de l'hydre est connu depuis longtemps et on peut imaginer qu'une blessure ou une coupure aie pu endommager la région orale en provoquant une scission de part et d'autre de laquelle la bouche se soit dupliquée.
Bourgeonnement de l'hydre verte
L'hydre verte se reproduit de deux manières, sexuée et asexuée ( voir Hydra viridis, reproduction : https://www.youtube.com/watch?v=GnEZ2skrQcc ). Dans le deuxième cas, une excroissance prend forme dans le dernier tiers du corps de l'hydre, près du pied. Elle est constituée des deux tissus fondamentaux de l'hydre, l'épiderme et l'endoderme séparés par la mésoglée. Il s'agit d'un "bourgeonnement" à partir duquel une nouvelle hydre va se constituer. Elle reste attachée au corps maternel pendant tout son développement puis se détache progressivement dès lors que les tentacules assez longs deviennent fonctionnels. Pendant ce temps la cavité digestive de l'hydre fille reste largement en communication avec celle de la mère puis le point d'attache se ferme et le pied nouvellement constitué se détache
Hydra fusca, les bouquets de cnidocystes
Comme chez Hydra viridis, les tentacules de l'hydre brune portent des cellules urticantes groupées en "bouquets". Ces cellules sont les cnidocystes qui fonctionnent à la manière d'un harpon empoisonné chargé de paralyser les proies qui nagent à proximité de l'animal. Ces proies sont principalement constituées de petits crustacés, daphnies, ostracodes et copépodes.
Hydra fusca, la contraction
Le formidable pouvoir de contraction des hydres apparaît bien dans cette video. Hydra fusca comme hydra viridis l'utilisent communément en cas de perturbation mécanique apparue dans le milieu.
Le retournement de l'hydre brune
La fixation de l'hydre sur son pied peut n'être que transitoire. Pour changer d'emplacement, elle bascule sur sa bouche avec laquelle elle établit un contact sur le substrat, puis décolle son pied. Le corps se raccourci et bascule à son tour projetant le pied un peu plus loin où il établi un nouveau contact adhésif. Ce plan a été filmé au microscope, à l'objectif X2,5.
Hydra fusca, l'hydre brune
L'hydre brune ou hydre grise, de son vrai nom actuel, Hydra oligactis, Se rencontre dans les mares dormantes au même titre que l'hydre verte. Dépourvue de chlorelles synbiotiques, elle est plus difficile à discerner dans les prélèvements d'eau douce à cause de la transparence de ses tissus. Ses dimensions sont comparables à celles de l'hydre verte, exceptée pour les tentacules qui peuvent mesurer jusqu'à deux fois la longueur du corps de l'animal. Enfin, le nombre de tentacules varie de 6 à 8.
Hydra viridis, le début du développement
L'ovocyte prêt à être fécondé se dégage de son enveloppe èpidermique et reste "collé" fortement au niveau de la cupule formée par l'épiderme (plans 1 et 2). La fécondation déclenche le développement embryonnaire qui débute par la période de clivage. On distingue le stade deux blastomères (plans 3 et 4), puis 4 suivi de 8 blastomères (plans 5 et 6). Enfin, en 24 h, l'embryon est formé de plusieurs dizaines de cellules, c'est le stade blastula (plan 7). Pendant toute cette période l'embryon adhère à la cupule épidermique.
Hydra viridis, l'ovaire
L'ovaire se forme sous les ampoules testiculaires sur un même individu qui est donc hermaphrodite. Il consiste en un épaississement de la couche intermédiaire entre l'épiderme transparent et l'endoderme coloré en vert par les zoochlorelles. Cette couche, non épithéliale comme les autres, est appelée mésoglée et est peuplée de cellules dites "interstitielles" qui prolifèrent à cet endroit puis s'aggrègent pour former un épaississement local à l'origine de l'ovaire. Elles deviennent alors des cellules nourricières qui se condensent. L'une d'entre elles absorbe le cytoplasme des autres et croît considérablement pour former l'ovocyte. Le résultat est cette boursouflure énorme que l'on observe en arrière des ampoules testiculaires et dont l'évolution est résumée sur l'image de fin.
Hydra viridis
L'hydre est un animal prédateur. L'organe de préhension est le tentacule. Hydra viridis en possède de 6 à 10 selon l'âge de l'animal, et qui sont disposés en couronne autour de la bouche. D'une manière générale, l'épiderme de l'hydre est parsemé de cellules urticantes, les cnidocystes, fonctionnant un peu comme des harpons qui injectent un venin paralysant. Leur concentration est maximum au niveau des tentacules et ce sont ces "bouquets" de cnidocystes que nous voyons tantôt rassemblés lorsque l'organe est contracté, tantôt dispersés le long de l'axe tentaculaire lorsque celui-ci se détend.
Hydra viridis, ampoules testiculaires
Les ampoules testiculaires prennent naissance dans la partie antérieure de l'hydre, près de la couronne tentaculaire. Il peut y en avoir plusieurs. Leur maturité se signale par la formation d'une excroissance au sommet de l'ampoule et dans laquelle à un fort grossissement, on distingue les spermatozoïdes matures mobiles prêts à être libéré dans le milieu aquatique environnant.
Hydra viridis ou Chlorhydra viridissima, l'hydre verte
Bien des mares aux eaux tranquilles renferment de ces petits animaux aux mouvements lents et à l'anatomie apparemment si simple. L'hydre verte et sa cousine l'hydre brune vivent collées aux végétaux aquatiques où elles se nourrissent en capturant avec leurs tentacules, les crustacés de passage. La plasticité de ses tissus lui permet de se contracter et de se déployer comme le montre cette video prise dans le feutrage végétal d'une mare de la région parisienne. Bien que les noms de genre et d'espèce admis actuellement soient Chlorohydra viridissima, nous garderons les anciens, Hydra viridis restés plus populaires dans les esprits.
Hydra viridis, reproduction
L'hydre verte se reproduit de deux manières, sexuée et asexuée. Dans le premier cas, l'animal développe des ampoules testiculaires (visibles sur cette video) et des ovaires. Les deux se développent à partir du printemps dans la paroi de l'hydre et forment des boursouflures translucides. Ici, immédiatement en arrière de la couronne de tentacules, on observe distinctement les ampoules testiculaires destinées à produire les spermatozoïdes. Cette video montre également, près du pied de l'animal, une excroissance ou bourgeon à partir duquel se formera directement une nouvelle hydre. Il s'agit de la reproduction asexuée.
Sources Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydre_(zoologie)
Vidéos : DelarueBioMedia du service BioMedia de l'Université Pierre et Marie Curie : http://www.edu.upmc.fr/biomedia/ . Consultez le site de ressources en biologie : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ & http://www.snv.jussieu.fr/vie/ )
Hydra viridis
Hydre est un genre d'animaux de l'embranchement des cnidaires (les cnidaires sont des animaux relativement simples, spécifiques du milieu aquatique ; on y retrouve, entre autres, les coraux, les anémones de mer et les méduses).
L'hydre ou Polype d'eau douce est un pluricellulaire complexe d'apparence végétale. Les généticiens considèrent ce polype comme immortel, notamment grâce à ses capacités régénératrices.
En France, on connaît trois espèces : Hydra fusca, l'hydre brune, Hydra grisea l'hydre grise, et Hydra viridis (=Chlorohydra viridissima) l'hydre verte dont la couleur est due à des chlorelles symbiotiques.
Étymologie :
Carl von Linné créa en 1758 le genre Hydra car l'animal, après avoir eu la tête tranchée, voit une nouvelle tête lui repousser, un peu comme l'Hydre de Lerne, de la mythologie grecque antique, un serpent monstrueux à sept têtes, qui repoussaient à mesure qu'on les coupait, si on ne les abattait pas toutes d'un coup.
Le terme de « Polype d'eau douce » a été créé par Réaumur (1683-1757), le grand naturaliste auquel Abraham Trembley avait envoyé quelques spécimen de l'animal pour étude.
Description
Classification
Règne
Animalia
Embranchement
Cnidaria
Classe
Hydrozoa
Ordre
Hydroida
Famille
Hydridae
Genre
Hydra
Linnaeus, 1758
L'hydre est un organisme assez petit (il peut atteindre 15 mm), qui n'a pas de squelette. C'est un polype vivant en eau douce à la différence de 99% des cnidaires qui sont marins. Au moindre contact, le polype peut se rétracter au point de ne plus former qu'un petit amas de 2 à 3 mm, peu visible.
Il possède 6 à 10 tentacules urticants entourant la bouche-anus et régénère rapidement les parties qui lui sont enlevées. Un polype s'accroche généralement par son pied au milieu environnant mais il peut aussi migrer et se suspendre à la surface de l'eau par tension superficielle (le pied au sec et le reste du corps dans l'eau). Sans point d'accroche, le polype ne nage pas et coule lentement dans l'eau.
Le corps de l'hydre est formé d'un tube, comportant une ouverture à une extrémité, entourée de tentacules et fermé à l'autre extrémité. Ces deux extrémités sont nommées respectivement la tête et le pied (ou sole de fixation). La partie médiane du corps est renflée.
La colonne gastrique comporte deux feuillets, appelés ectoderme et endoderme, séparés par une fine matrice extra-cellulaire appelée mésoglée.
Des cellules interstitielles, principalement situées dans l'espace interstitiel entre les cellules épithéliales ectodermiques, se différencient en cellules nerveuses, cnidocytes, cellules glandulaires et gamètes.
A la différence des autres cnidaires, l'Hydre n'existe que sous forme polype et n'a donc pas de forme méduse. Elle est dépourvue de tout squelette ectodermique.
Mode de vie
Régime alimentaire : l'hydre se nourrit de petits invertébrés capturés à l'aide de ses tentacules. Elle immobilise ses proies animales en déchargeant le venin contenu dans ses cellules urticantes, les cnidocytes.
Habitat : l'hydre fréquente les cours d'eau lents, les mares et les étangs, riches en végétation et comportant une eau claire. Elle est abondante au printemps et au début de l'été. On la trouve fixées sur les végétaux aquatiques et à la face inférieure des lentilles d'eau.
Histoire
Au XVIIIe siècle, Abraham Trembley (1710-1784) fut le premier naturaliste à donner une description précise d'un « genre de polype d'eau douce ». Trembley qui naquit à Genève fit d'abord des études de mathématiques avant de se rendre aux Pays-Bas où il s'engagea comme précepteur des enfants d'un comte. Il consacra son temps libre à étudier les plantes et animaux qui peuplaient les mares et ruisseaux du domaine de son employeur. En 1744, il publia un mémoire intitulé Mémoires pour servir à l'histoire d'un genre de polypes d'eau douce, à bras en forme de cornes dans lequel il relate, dans un français élégant du XVIIIe siècle, toutes les observations méticuleuses qu'il fit et les expériences qu'il imagina afin de tester ses hypothèses.
« Les premières fois que je considérai ces petits corps, je les pris pour des Plantes parasites, qui croissaient sur les autres Plantes » (Mémoire...). Il observe que l'hydre peut bouger ses bras et que ce mouvement parait « devoir venir d'une cause intérieure » puisqu'ils peuvent se contracter puis se redéployer.
Il note aussi chez ces êtres, l'étrange propriété absente chez les plantes, de se mouvoir. Ils se déplacent du côté du flacon recevant le plus de lumière. « Je fus d'abord curieux de savoir, si ce fait n'était qu'accidentel, ou bien s'il résultait d'un penchant marqué que les Polypes eussent pour l'endroit du verre le plus éclairé. Pour m'en assurer, je fis faire un demi tour au verre...Le jour après avoir tourné le verre, je trouvai que le côté le moins éclairé, celui sur lequel j'avais laissé beaucoup de Polypes, en était presque entièrement dépeuplé ».
Il note aussi que ces êtres étaient capables de capturer des proies avec leurs tentacules puis de les ingérer. Toutes ces observations soutenaient l'hypothèse que le polype était un animal mais avant de rejeter l'idée que ce pourrait être une plante, il voulut savoir si après avoir coupé en deux le polype, chacune de ses moitiés serait capable de régénérer un polype entier, comme seule une plante est capable de le faire (comme on le pensait à l'époque). Il effectua des sections transversales et longitudinales du tube qui constitue le corps du polype et observa à chaque fois que chaque moitié pouvaient reconstituer un polype entier semblable à l'original! « Tout ce que j'avais fait pour me tirer du doute, n'avait servi qu'à m'y jeter davantage ».
Toujours avec la même curiosité et la même ouverture d'esprit, il poursuivit pendant plusieurs années ses observations méticuleuses, multipliant les expériences pour mettre à l'épreuve ses hypothèses ou effectuant des rapprochements avec d'autres êtres vivants comme « une espèce de Vers, que j'ai déjà observés avec attention, qui multiplient beaucoup, & que je n'ai vus encore multiplier par bouture ».
Trembley se persuada finalement que les polypes d'eau douce étaient des animaux. Son Mémoires de 1744 constitue la première description de la régénération animale complète, la régénération des pinces de homard ayant été rapportée par Réaumur peu de temps auparavant. Après avoir eu un grand écho auprès de ses contemporains, ses recherches zoologiques ont sombré dans l'oubli. Ce n'est que la zoologie moderne qui a reconnu la valeur de ses travaux et la qualité de sa méthode expérimentale, chose nouvelle à l'époque. L'hydre fut un modèle largement utilisé au XXe siècle.
Une Hydre, dessinée par Trembley dans son mémoire de 1744.
Reproduction
En dehors de la multiplication par bouturage (ou régénération) qui exige un découpage et donc normalement une intervention externe, l'hydre possède deux modes de reproduction :
La reproduction asexuée par bourgeonnement.
Il faut que deux conditions essentielles soient réunies pour que l'hydre se reproduise de cette façon : la température de l'eau doit être adéquate, et la nourriture abondante. Si c'est le cas, alors, une petite excroissance (diverticule de la cavité digestive) apparaît vers le tiers du corps de l'hydre. Cette excroissance migre en direction du pied et grandit en formant une sorte de bourgeon. Celui-ci va s'ouvrir au bout en formant une « bouche » qui se garnira par la suite de tentacules. Finalement, ce bourgeon possède toutes les caractéristiques d'une hydre normale, et ainsi, le bourgeon va se séparer de l'hydre pour « mener sa propre vie ». Cette hydre est génétiquement identique à son parent. Toutefois, en cas de pénurie alimentaire, les bourgeons ne se séparent pas et forment de petites colonies transitoires pouvant associer des unités de 1er, 2e ou 3e ordre.
La reproduction sexuée.
Hydra fusca est gonochorique alors que l'hydre verte (Chlorohydra viridissima = Hydra viridissima) est un animal hermaphrodite. Les gonocytes, issus des cellules interstitielles, participent à la formation de testicules coniques, situées sur la tête, et d'ovaires hémisphériques situés sous la zone de bourgeonnement. Chaque gonophore mâle (testicule) apparaît sous la forme d'un mamelon ou une sorte de verrue conique bourrée de cellules totipotentes. Au niveau des ovaires, il se forme de gros ovules qui repoussent le feuillet ectodermique. Les spermatozoïdes flagellés, libérés par rupture du feuillet ectodermique, nagent jusqu'aux ovules qu'ils fécondent sur place. Une petite larve nageuse (planula) sera libérée à la belle saison. Celle-ci après fixation, constituera une nouvelle hydre.
Cette reproduction a lieu à la fin des bonnes conditions climatiques, en automne ou en hiver.
Bourgeonnement d'hydre
Reproduction asexuée et sexuée de Hydra viridissila
Le pouvoir de régénération
La subdivision de la colonne gastrique de l'hydre en 200 petits fragments de 0,2 mm entraine la régénération à partir de chaque fragment d'un polype entier. N'importe quel fragment du corps comportant quelques centaines de cellules épithéliales peut régénérer l'animal entier. Cette aptitude à l'auto-organisation est due à une production continue de cellules et de facteurs de signalisation dans le tissu adulte.
Lorsque l'hydre est placée dans un milieu nourricier riche, les cellules des deux feuillets de la colonne gastrique se multiplient de manière ininterrompue. Les cellules formées se déplacent continûment vers la tête et vers le pied, contribuant ainsi à la croissance. Celle-ci se poursuit jusqu'à une taille maximale puis la production ininterrompue de cellules produit des bourgeons qui vont donner de nouveaux individus.
La production continue de cellules est accompagnée de la mort tout aussi permanente des cellules les plus anciennes. Cette destruction se produit à l'extrémité des tentacules et au niveau de la base du polype. Ces deux processus complémentaires de destruction et de croissance, assurent un renouvellement constant des tissus. Le remplacement total survient, suivant les conditions environnementales, en un à deux mois. Il n'y a donc pas de sénescence.
La zone médiane du corps est riche en cellules souches, appelées cellules interstitielles. Les extrémités de l'animal sont par contre pauvres en cellules souches et riches en cellules différenciées. Les cellules souches sont des cellules totipotentes, prolifératrices et capables d'autorenouvellement.
Les cellules souches avec leur capacité proliférative ininterrompue confèrent à l'hydre une "sorte d'immortalité", tout d'abord parce que son corps est constamment renouvelé et rajeuni et ensuite, parce que ses cellules produisent indéfiniment des bourgeons qui propagent les individus dans le milieu. L'hydre mère et ses descendants issus de bourgeons forment un seul clone, qui si les conditions sont favorables, s'accroît en permanence, donnant un être que l'on peut qualifier de potentiellement immortel, connaissant de surcroît une éternelle jeunesse potentielle. Bien sûr, de nombreuses causes de mort accidentelle peuvent faire disparaître chaque polype mais apparemment pas la vieillesse.
La régénération ressemble à la croissance normale mais elle démarre toujours après une blessure. Le gène Kazal1 codant pour un inhibiteur d'enzymes capables de digérer les protéines (ou protéases) qui est exprimé dans les cellules glandulaires, est hyperexprimé immédiatement après l'amputation, au sein du bourgeon de régénération. Lorsque ce gène Kazal1 est réprimé, les hydres ne survivent pas au stress de l'amputation. Il existe chez les mammifères un gène homologue, nommé SPINK1, qui est fortement exprimé dans les cellules pancréatiques exocrines. Son mauvais fonctionnement entraîne une pancréatite chronique.
Ainsi, les protéines codées par Kazal1 chez l'hydre et par SPINK1 chez l'homme, protègent les tissus du stress en prévenant une autophagie excessive.
Hydre. (A) section longitudinale montrant une organisation épithéliale simple. Les flèches indiquent la direction du mouvement des tissus. (B) photographie d'une section de l'épithélium au niveau de la colonne. Cell. cellule ; endo. endodermique ; ecto. ectodermique ; gland. glandulaire ; intersti. interstitielle. Adapté de Bosch1 2007
La sensibilité à la lumière
Selon une étude de Plachetzki et als, cet animal primitif, cousin de la méduse, aurait conçu le gène responsable de l'impulsion neuronale à l'origine de la vue. Tous les vertébrés, y compris l'homme, en ont hérité.
Les hydres des animaux primitifs n'ont pas d'yeux mais sont quand même sensibles à la lumière. Elles possèdent des gènes fonctionnels codant l'opsine jouant un rôle central dans la cascade de phototransduction .
Listes d'espèces
Hydra americana Hyman, 1929
Hydra canadensis Rowan, 1930
Hydra carnea L. Agassiz, 1850
Hydra cauliculata Hyman, 1938
Hydra hymanae Hadley & Forrest, 1949
Hydra littoralis Hyman, 1931
Hydra minima Forrest, 1963
Hydra oligactis Pallas, 1766
Hydra oregona Griffin & Peters, 1939
Hydra pseudoligactis (Hyman, 1931)
Hydra rutgerensis Forrest, 1963
Hydra rutgersensis Forrest, 1963
Hydra utahensis Hyman, 1931
Selon le Registre mondial des espèces marines (WRMS)
Hydra americana Hyman, 1929
Hydra baikalensis Swarczewski, 1923
Hydra beijingensis Fan, 2003
Hydra canadensis Rowan, 1930
Hydra cauliculata Hyman, 1938
Hydra circumcincta Schulze, 1914
Hydra daqingensis Fan, 2000
Hydra hadleyi Forrest, 1959
Hydra harbinensis Fan & Shi, 2003
Hydra hymanae Hadley & Forrest, 1949
Hydra iheringi Cordero
Hydra intaba Ewer, 1948
Hydra intermedia De Carvalho Wolle, 1978
Hydra japonica Itô, 1947
Hydra liriosoma Campbell, 1987
Hydra madagascariensis Campbell, 1999
Hydra mariana Cox & Young, 1973
Hydra minima Forrest, 1963
Hydra mohensis Fan & Shi, 1999
Hydra oligactis Pallas, 1766
Hydra oregona Griffin & Peters, 1939
Hydra oxycnida Schulze, 1914
Hydra paludicola Itô, 1947
Hydra parva Itô, 1947
Hydra plagiodesmica Dioni, 1968
Hydra robusta (Itô, 1947)
Hydra rutgersensis Forrest, 1963
Hydra salmacidis Lang da Silveira, Souza-Gomes & de Souza e Silva, 1997
Hydra umfula Ewer, 1948
Hydra utahensis Hyman, 1931
Hydra viridissima Pallas, 1766, = Chlorohydra viridissima l'Hydre verte
Hydra vulgaris Pallas, 1766
En aquariophilie
En aquariophilie, les hydres sont considérées comme relativement nuisibles : elles sont urticantes pour les poissons adultes et pourraient se nourrir d'alevins très petits[réf. nécessaire]. Enfin, suivant les conditions du milieu, elles peuvent se multiplier rapidement.
Quelques vidéos
La planula, larve des hydres brunes et vertes
Le développement embryonnaire des hydres d'eau douce commence au contact du corps de l'hydre mère. Puis, l'embryon se détache et commence à mener une vie libre. C'est le stade de la larve "planula", sorte d'yhdre miniature sans bouche ni tentacule. La planula nage un certain temps avant d'élaborer un pôle de fixation au substrat. Elle commence à montrer des cellules urticantes, les cnidocystes qui déjà, se différencient dans l'épiderme. Dans cette video, sont représentées la planula de l'hydre brune puis celle de l'hydre verte.
Hydre verte / Hydre brune, quelle différence?
Mises côte à côte, ces deux espèces d'hydre d'eau douce montrent des différences fondamentales de leurs colorations. A gauche, l'hydre est verte à cause des zoochlorelles ébergées par les cellules de l'endoderme. A droite, l'hydre est brune et ses tissus, dépourvus de zoochlorelles, sont transparents avec ici et là quelques inclusions brun-clair à l'origine de sa coloration globale, et qui évoquent des grains de pigment.
Le repas raté de l'hydre
Les daphnies constituent une bonne part de l'alimentation des hydres d'eau douce. Cependant, encore faut-il les attraper. L'hydre est bien équipée avec ses tentacules garnis de cellules urticantes, les cnidocystes ( voir : Hydra viridis, https://www.youtube.com/watch?v=fWdC_d7kVIA ). Ce sont eux qui, en se dévaginant, émettent un long microtube terminé comme un harpon, par une pointe à crans. Cette dernière perfore les tissus de la proie, injecte un venin et la retient tant que la solidité du microtube le permet. Mais, la proie se débat, le microtube casse et la daphnie repart...jusqu'à une prochaine fois!
Le repas de l'hydre
Pour l'observateur, la transparence de l'hydre brune lui procure un grand avantage sur l'hydre verte. En effet, on voit distinctement à travers! Dans le cas présent, juste après la prise de nourriture, on distingue très nettement deux proies dans la cavité digestive de l'hydre : un copépode reconnaissable à sa forme et à ses appendices abdominaux et une daphnie dont le gros oeil noir médian contraste avec les tissus de l'hydre.
Hydra viridis, 2 oeufs
Les hydres d'eau douce produisent généralement un oeuf à la fois ( voir : Hydra viridis, le début du développement, https://www.youtube.com/watch?v=cF-cJN-LYv4 ). Cependant, des individus de grande taille comme celui-ci peuvent en produire deux capables de se développer.
Hydre à 2 bouches
A ranger au rang des curiosités de la nature, cette hydre verte possède deux orifices buccaux. Chose rare sans doute mais pas inexplicable. En effet, le haut pouvoir bourgeonnant et régénérateur des tissus de l'hydre est connu depuis longtemps et on peut imaginer qu'une blessure ou une coupure aie pu endommager la région orale en provoquant une scission de part et d'autre de laquelle la bouche se soit dupliquée.
Bourgeonnement de l'hydre verte
L'hydre verte se reproduit de deux manières, sexuée et asexuée ( voir Hydra viridis, reproduction : https://www.youtube.com/watch?v=GnEZ2skrQcc ). Dans le deuxième cas, une excroissance prend forme dans le dernier tiers du corps de l'hydre, près du pied. Elle est constituée des deux tissus fondamentaux de l'hydre, l'épiderme et l'endoderme séparés par la mésoglée. Il s'agit d'un "bourgeonnement" à partir duquel une nouvelle hydre va se constituer. Elle reste attachée au corps maternel pendant tout son développement puis se détache progressivement dès lors que les tentacules assez longs deviennent fonctionnels. Pendant ce temps la cavité digestive de l'hydre fille reste largement en communication avec celle de la mère puis le point d'attache se ferme et le pied nouvellement constitué se détache
Hydra fusca, les bouquets de cnidocystes
Comme chez Hydra viridis, les tentacules de l'hydre brune portent des cellules urticantes groupées en "bouquets". Ces cellules sont les cnidocystes qui fonctionnent à la manière d'un harpon empoisonné chargé de paralyser les proies qui nagent à proximité de l'animal. Ces proies sont principalement constituées de petits crustacés, daphnies, ostracodes et copépodes.
Hydra fusca, la contraction
Le formidable pouvoir de contraction des hydres apparaît bien dans cette video. Hydra fusca comme hydra viridis l'utilisent communément en cas de perturbation mécanique apparue dans le milieu.
Le retournement de l'hydre brune
La fixation de l'hydre sur son pied peut n'être que transitoire. Pour changer d'emplacement, elle bascule sur sa bouche avec laquelle elle établit un contact sur le substrat, puis décolle son pied. Le corps se raccourci et bascule à son tour projetant le pied un peu plus loin où il établi un nouveau contact adhésif. Ce plan a été filmé au microscope, à l'objectif X2,5.
Hydra fusca, l'hydre brune
L'hydre brune ou hydre grise, de son vrai nom actuel, Hydra oligactis, Se rencontre dans les mares dormantes au même titre que l'hydre verte. Dépourvue de chlorelles synbiotiques, elle est plus difficile à discerner dans les prélèvements d'eau douce à cause de la transparence de ses tissus. Ses dimensions sont comparables à celles de l'hydre verte, exceptée pour les tentacules qui peuvent mesurer jusqu'à deux fois la longueur du corps de l'animal. Enfin, le nombre de tentacules varie de 6 à 8.
Hydra viridis, le début du développement
L'ovocyte prêt à être fécondé se dégage de son enveloppe èpidermique et reste "collé" fortement au niveau de la cupule formée par l'épiderme (plans 1 et 2). La fécondation déclenche le développement embryonnaire qui débute par la période de clivage. On distingue le stade deux blastomères (plans 3 et 4), puis 4 suivi de 8 blastomères (plans 5 et 6). Enfin, en 24 h, l'embryon est formé de plusieurs dizaines de cellules, c'est le stade blastula (plan 7). Pendant toute cette période l'embryon adhère à la cupule épidermique.
Hydra viridis, l'ovaire
L'ovaire se forme sous les ampoules testiculaires sur un même individu qui est donc hermaphrodite. Il consiste en un épaississement de la couche intermédiaire entre l'épiderme transparent et l'endoderme coloré en vert par les zoochlorelles. Cette couche, non épithéliale comme les autres, est appelée mésoglée et est peuplée de cellules dites "interstitielles" qui prolifèrent à cet endroit puis s'aggrègent pour former un épaississement local à l'origine de l'ovaire. Elles deviennent alors des cellules nourricières qui se condensent. L'une d'entre elles absorbe le cytoplasme des autres et croît considérablement pour former l'ovocyte. Le résultat est cette boursouflure énorme que l'on observe en arrière des ampoules testiculaires et dont l'évolution est résumée sur l'image de fin.
Hydra viridis
L'hydre est un animal prédateur. L'organe de préhension est le tentacule. Hydra viridis en possède de 6 à 10 selon l'âge de l'animal, et qui sont disposés en couronne autour de la bouche. D'une manière générale, l'épiderme de l'hydre est parsemé de cellules urticantes, les cnidocystes, fonctionnant un peu comme des harpons qui injectent un venin paralysant. Leur concentration est maximum au niveau des tentacules et ce sont ces "bouquets" de cnidocystes que nous voyons tantôt rassemblés lorsque l'organe est contracté, tantôt dispersés le long de l'axe tentaculaire lorsque celui-ci se détend.
Hydra viridis, ampoules testiculaires
Les ampoules testiculaires prennent naissance dans la partie antérieure de l'hydre, près de la couronne tentaculaire. Il peut y en avoir plusieurs. Leur maturité se signale par la formation d'une excroissance au sommet de l'ampoule et dans laquelle à un fort grossissement, on distingue les spermatozoïdes matures mobiles prêts à être libéré dans le milieu aquatique environnant.
Hydra viridis ou Chlorhydra viridissima, l'hydre verte
Bien des mares aux eaux tranquilles renferment de ces petits animaux aux mouvements lents et à l'anatomie apparemment si simple. L'hydre verte et sa cousine l'hydre brune vivent collées aux végétaux aquatiques où elles se nourrissent en capturant avec leurs tentacules, les crustacés de passage. La plasticité de ses tissus lui permet de se contracter et de se déployer comme le montre cette video prise dans le feutrage végétal d'une mare de la région parisienne. Bien que les noms de genre et d'espèce admis actuellement soient Chlorohydra viridissima, nous garderons les anciens, Hydra viridis restés plus populaires dans les esprits.
Hydra viridis, reproduction
L'hydre verte se reproduit de deux manières, sexuée et asexuée. Dans le premier cas, l'animal développe des ampoules testiculaires (visibles sur cette video) et des ovaires. Les deux se développent à partir du printemps dans la paroi de l'hydre et forment des boursouflures translucides. Ici, immédiatement en arrière de la couronne de tentacules, on observe distinctement les ampoules testiculaires destinées à produire les spermatozoïdes. Cette video montre également, près du pied de l'animal, une excroissance ou bourgeon à partir duquel se formera directement une nouvelle hydre. Il s'agit de la reproduction asexuée.
Sources Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydre_(zoologie)
Vidéos : DelarueBioMedia du service BioMedia de l'Université Pierre et Marie Curie : http://www.edu.upmc.fr/biomedia/ . Consultez le site de ressources en biologie : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ & http://www.snv.jussieu.fr/vie/ )
