Etablissement du schéma global de la circulation des vertébrés Vincent Fleury Laboratoire MSC, Université Paris Diderot Establishment of the global circulation in the vertebrates

Evolution de chordés « vers » tétrapodes Evolution « towards » tetrapods Tiktaalik (370 Ma) Acanthostega Pikaia (540Ma) Haikuichtys (470Ma) 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 2D Marie Gonzales UPMC Placenta=> Ça paraît « miraculeux », pas tellement d’explication physique, mécaniste

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?

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

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 2D contraint les composantes  La formation de l’animal est hyperbolique à 1 degré de liberté.

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

La morula est ronde, mais a une structure interne

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

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 Vue de dessus Vue de dessous Environ 3 mm

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

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 que le cœur! (V~2  m/sec)

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

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

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

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

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

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

_ _ + + Coeur _ + Quadrupôle Dipôle (F. LeNoble)

_ _ _ _ Octupôle (jumeaux)

La formation du chorion est « juste devant » le cœur et la tête : le corps « va chercher » 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.