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Theses Year : 2019

Nervous system evolution : insights from the sea urchin

L'évolution des systèmes nerveux vue à travers de nouvelles données obtenues chez l'oursin Paracentrotus lividus

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Abstract

Nervous systems in metazoans range from simple nerve nets to complex centralized organs. Because of such diversity, the evolutionary history of nervous system in metazoans has been heavily debated. Echinoderms are a large group of metazoans that constitute with the hemichordates the clade of the ambulacrarians, within the deuterostomes. So far, adult echinoderms have been largely ignored in comparative biology because they exhibit a large set of anatomical oddities. However, a careful examination of neural patterning and organization in adult echinoderms is needed to decipher nervous system evolution in deuterostomes. To achieve this goal, we first improved the husbandry protocol for the sea urchin species Paracentrotus lividus to obtain suitable quantities of post-metamorphic individuals for experimentations. Then, we facilitated the study of post-metamorphic echinoids by staging the development of P. lividus from fertilization to post-metamorphic juvenile stages. Finally, we yielded an exhaustive body-wide description of the neuromuscular anatomy of post-metamorphic P. lividus juveniles which indicated that the nervous system of adult echinoids is not strictly centralized as it also includes elements that are typical of nerve nets. Similar investigation in post-metamorphic specimens of the sea star Patiria miniata and the sea cucumber Parastichopus parvimensis revealed a similar organization. Finally, we started a molecular screening of neural patterning genes in post-metamorphic P. lividus and P. miniata juveniles, suggesting that a genetic program similar to the one found in hemichordates is also used to pattern the ectoderm of adult echinoderms.
Les systèmes nerveux des métazoaires se déclinent en de multiples formes, allant de réseaux simples à des systèmes centralisés plus complexes. En raison de ces disparités, l’histoire évolutive des systèmes nerveux demeure très débattue. Les échinodermes sont un phylum qui constituent avec les hémichordés le groupe des ambulacraires, au sein des deutérostomes. Jusqu’à aujourd’hui, les échinodermes adultes ont été largement ignorés dans le champ de la biologie évolutive en raison de leurs nombreuses bizarreries anatomiques. Néanmoins, une étude poussée du système nerveux des échinodermes adultes et des mécanismes régulant son développement est essentielle pour comprendre l’évolution des systèmes nerveux. Pour cela, nous avons d’abord amélioré le système d’élevage l’oursin Paracentrotus lividus, de façon à obtenir des juvéniles en quantité suffisante. Nous avons facilité l’étude de cette espèce en réalisant un stageage de son développement depuis la fertilisation jusqu’aux stades juvéniles. Ensuite, nous avons caractérisé l’anatomie neuromusculaire des juvéniles, montrant que le système nerveux des échinoïdes n’est pas strictement centralisé car il présente aussi des éléments typiques de réseaux nerveux plus simples. Des études similaires chez des juvéniles de l’étoile de mer Patiria miniata et du concombre de mer Parastichopus parvimensis ont révélé une organisation identique. Enfin, nous avons caractérisé l’expression de gènes impliqués dans la mise en place du système nerveux chez des juvéniles de P. lividus et P. miniata, suggérant qu’un programme similaire à celui présent chez les hémichordés est déployé au cours du développement de l’ectoderme des échinodermes adultes.
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  • HAL Id : tel-03374193 , version 1

Cite

Laurent Formery. Nervous system evolution : insights from the sea urchin. Invertebrate Zoology. Sorbonne Université, 2019. English. ⟨NNT : 2019SORUS620⟩. ⟨tel-03374193⟩
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