Etablissement du schma global de la circulation des

Etablissement du schéma global de la circulation des vertébrés Establishment of the global circulation in the vertebrates Vincent Fleury Laboratoire MSC, Université Paris Diderot vincent. fleury@univ-paris-diderot. fr

Evolution de chordés « vers » tétrapodes Evolution « towards » tetrapods Tiktaalik (370 Ma) Haikuichtys (470 Ma) Pikaia (540 Ma) Acanthostega Premiers animaux « tubes » ou « cigares » puis vertébrés plus usuels

Les amniotes: -ont un cœur et une tête -un organe extra-embryonnaire - se développent dans un sac (le chorion) Sac vitellin, le plus simple des organes : disque Quasi 2 D Ça paraît « miraculeux » , pas tellement d’explication physique, mécaniste Placenta=> Marie Gonzales UPMC

Il semble pourtant qu’il existe un ordre : 1 -Céphalochordés (pas de tête, pas de coeur, pas de chorion 2 -Anamniotes (poissons, grenouilles) 3 -Amniotes (reptiles, oiseaux, mammifères) Coincidence. Illusion rétrospective?

Morphogenèse des vertébrés = enchaînement de tourbillons Flot hyperbolique, Haute pression Involution (premier sillon) Voir V. Fleury EPJAP 2009

• Au premier ordre, c’est élongationnel • Ça s’aplatit dans une direction, ça s’allonge dans l’autre. • Au premier ordre, c’est affine • =>la direction du mouvement est coincée div(V)=0=> Vx=-kx, vy=ky Et un point où Vx=Vy=0 La loi de conservation à 2 D contraint les composantes ÞLa formation de l’animal est hyperbolique à 1 degré de liberté.

Origine de cet écoulement Présence d’un point hyperbolique Callebaut et al. (U. d’Anvers) Fate maps très compliqués Le flot continue « tout seul » Point hyperbolique

La morula est ronde, mais a une structure interne

Le flot quadrupolaire s’écoule « vers » un tétrapode: « upscaling » (principe de Curie) Flot 2 D Richardson = From Packard and Meier Plis 3 D

Champ de vecteur sur la blastula, avant la formation de l’animal

Début de l’apparition du corps : up-scaling du point de stagnation. Le champ de vecteur « morphogenèse » est un écoulement tourbillon avec un point col. Et ça s’étire dans les deux sens

La composante axiale pousse de façon unidirectionnelle . Des plis apparaissent.

Qu’est-ce qu’une tête, qu’est-ce qu’un coeur?

La tête et le cœur sont deux plis situés dans la région antérieure, l’un dorsal, l’autre ventral Environ 3 mm Vue de dessus Vue de dessous

Le pli cardiaque se contracte « comme un lien de porte-monnaie » M. Harvey, UNSW

Formation du coeur : linéaire: vitesse constante. Cause linéaire (traction) effet non-linéaire (plis) C’est un pli en arc qui se contracte

Formation du chorion : c’est le second pli, devant.

Formation du chorion : linéaire: vitesse constante. C’est aussi un pli en arc qui se contracte Même dynamique le cœur! (V~2 mm/sec)

Il existe une symétrie entre la partie crânienne et la partie caudale.

Fermeture du pli comme le cœur! « string purse » closes like the heart On a deux nombrils!

La première circulation est également fixée par L’écoulement (hyperbolique) des tissus, le corps s’enroulant au dessus du coeur Rostral Heart Yolk sac Navel Caudal Vue ventrale de l’embryon

Yeux eyes Queue tail Sac vitellin Yolk sac NB : la tête et le cœur poussent en directions opposées

Blastula circulaire Commence à gastruler Des plis sont créés par le mouvement Rudiments de membres queue Nombril Plis sur la poitrine (rudiments cardiaques) Première circulation

La brisure de symétrie est up-scalée dans le sac vitellin Quadrupole

_ Quadrupôle + + Coeur _ Dipôle (F. Le. Noble) + Coeur _

Octupôle (jumeaux) _ _ + + _ _

La formation du chorion est « juste devant » le cœur et la tête : le corps « va cher » la tête, puis le cœur, puis le chorion dynamiquement territoire présomptif

Vraissemblance d’un ordre physique =>cephalochordés=>craniates =>anamniotes=>amniotes unidirectionel (topologie (Vx=Vy=0)+div(V=0) Flot quadrupolaire « coincé »

Quid des gènes? : les expressions suivent passivement le flot, et ça se concentre le long de l’axe median From database Geisha, Mikawa, I. Skromme, Stern , Chapman, et al.