Echinodermes : un squelette à fleur de peau

Les échinodermes (étoiles de mer, oursins, concombres de mer, ophiures et lis de mer ou crinoïdes) constituent un groupe de près de 7000 espèces actuelles toutes marines et connues surtout pour leur corps organisé selon une symétrie à cinq branches avec l’exemple bien connu des étoiles de mer. Pour le grand public, ce sont des « animaux inférieurs » fixés ou très peu mobiles (terme rappelons le sans aucune valeur dans le contexte de l’évolution du vivant), des invertébrés comme on dit pour mieux les démarquer de « nous, les vertébrés ».

Et pourtant, les échinodermes occupent une place bien particulière dans l’arbre du vivant, sur la même grande branche que l’ensemble des Chordés-Vertébrés dont nous faisons partie, dans le groupe des Deutérostomiens (« ceux dont la bouche se forme en second après l’anus » au cours du développement embryologique). Autrement dit, une étoile de mer est plus apparentée à un vertébré qu’elle ne l’est à un mollusque !

Les Echinodermes partagent en plus avec ce même groupe des chordés-vertébrés le fait d’être les seuls animaux à posséder un squelette interne, un endosquelette très original, celui qui explique d’ailleurs pourquoi on peut conserver les étoiles de mer mortes « séchées ».

Un squelette puzzle

Ce squelette interne représente la signature la plus caractéristique des échinodermes et se distingue d’emblée par sa structure : un ensemble plaques ou pièces calcaires plus ou moins assemblées étroitement entre elles (des ossicules) ce qui autorise une certaine latitude de mouvements. L’architecture complexe des ces plaques diffère souvent entre les bras et le disque central à partir d’où rayonnent les bras quand il y en a. La taille et le raccordement de ces plaques entre elles varient selon les groupes d’échinodermes. Chez les étoiles de mer, les plaques se touchent plus ou moins formant un squelette très lâche et discontinu à l’apparence de dentelle, visible par transparence juste sous la peau fine et colorée.

Au contraire chez les oursins, les plaques développées peuvent être complètement reliées entre elles formant une véritable « coquille » continue sous la peau comme chez les oursins irréguliers fouisseurs : on parle alors de test.

Chez les ophiures, ces animaux d’apparence proche des étoiles de mer et que l’on trouve enfouies dans le sable, les pièces squelettiques des bras, de forme très complexe, s’articulent entre elles ce qui leur vaut le nom évocateur de … vertèbres !

Chez les Crinoïdes ou lis de mer, animaux qui ne nous sont pas familiers car localisés dans les fonds marins, ce squelette prend la forme d’une « plante » avec une tige d’articles empilés et des bras formant un « calice ». A l’inverse extrême, chez les concombres de mer, ce squelette se réduit considérablement sous forme de pièces dispersées sous la peau : des spicules aux formes très variables et étonnantes.

Juste sous la peau

Dans tous les cas, le point commun reste la formation juste sous la peau (on parle de squelette dermique de ce fait) à partir de cellules spécialisées qui subissent de profondes transformations, chaque cellule donnant naissance à une plaque.

Il s’agit donc bien d’un endosquelette presque affleurant et qui n’a rien à voir ni avec l’endosquelette osseux ou cartilagineux des chordés plus interne et entouré de muscles, ni avec l’exosquelette des Arthropodes (comme les insectes ou les crustacés) où c’est la peau elle-même qui est durcie, minéralisée et devient une carapace externe. Son origine au cours du développement embryologique est d’ailleurs différente (il se forme à partir du feuillet médian ou mésoderme).

La tribu des « Peaux épineuses »

Extérieurement, diverses pièces durcies secondaires complètent cet endosquelette dont des épines qui ont valu leur nom aux échinodermes (echino pour épine et derme pour peau). Celles-ci sont le plus souvent articulées chacune sur une plaque (selon un dispositif « genou-rotule ») et peuvent être très longues comme les piquants des oursins. Le plus souvent, elles forment plutôt des excroissances rugueuses ou granuleuses ou de petits denticules comme chez les étoiles de mer. Même dans le cas des piquants des oursins, ils restent recouverts d’une fine couche de peau qui trahit leur origine particulière.

De curieux minuscules appendices complètent cet arsenal défensif : des pédicellaires, sortes de mini pince double au bout d’un pédoncule et mues par des muscles. Leur rôle semble être le nettoyage de la peau entre les piquants ou peut-être aussi un rôle défensif ou de capture de la nourriture.

Chez les oursins, cinq pièces ajourées incroyablement compliquées et articulées, appelées mâchoires, actionnées par une soixantaine de muscles, forment la lanterne d’Aristote, appareil masticateur qui permet de racler ou de broyer.

Un squelette poreux et calcaire

Nombre de ces plaques possèdent des pores, orifices en liaison avec un système interne de canaux dans lesquels circule du liquide, le système ambulacraire, une autre signature du groupe des échinodermes. Par ces pores, sortent des minuscules « pieds en tube », des podias mous et extensibles, très nombreux et gonflés à volonté par le système ambulacraire qui génère plus ou moins de pression avec son liquide. Tout le monde a déjà vu les podias de l’étoile de mer retournée qui s’agitent mollement dans les gouttières marquant le dessous de chaque bras. Sur le dessus de l’animal, on repère souvent une plaque ronde perforée, la plaque madréporique qui fait communiquer le système interne de canaux avec l’eau de mer extérieure via ce dispositif filtreur.

Contrairement au squelette osseux des vertébrés dont l’élément de base est le phosphate de calcium (ou apatite), l’endosquelette des échinodermes se compose de carbonate de calcium (ou calcite), plus ou moins enrichi en magnésium. Ces deux éléments son extraits de l’eau de mer pour être fixés ce qui laisse planer une grosse menace sur l’avenir de ces animaux dans le cadre du changement global qui induit une acidification de l’eau des océans,laquelle perturbe la mobilisation du calcaire dissous. La calcite se dépose sous forme de microcristaux orientés de manière parallèle entre eux sur une matrice organique élaborée au préalable par les cellules génératrices des plaques. Au microscope électronique, on observe des réseaux de monocristaux de calcite formant ce qu’on appelle un stéréome, une structure en 3D, à la fois résistante et très légère du fait des nombreux espaces vides.

Enfin, des anneaux et des arcs minéralisés renforcent les canaux internes qui assurent la circulation de liquide dans le système ambulacraire.

Un second pseudo-squelette « modulable »

Les plaques sous la peau se trouvent plus ou moins enrobées dans un tissu conjonctif mou à base de fibrilles de collagène (appelé MCT en anglais : Mutable Connective Tissue) et capable de changer de consistance en très peu de temps (de une seconde à quelques minutes), sans intervention musculaire, passant du mou au très dur ou vice versa (3 et 4). Ce dispositif sous contrôle nerveux complète l’endosquelette avec l’avantage d’être peu couteux en énergie et compense peut être la rareté ou l’absence de structures musculaires associées à la plupart des plaques. Il est mis en action soit lors d’une attaque d’un prédateur (durcir le corps pour le rendre dur comme pierre comme chez les concombres de mer mais aussi chez les étoiles de mer) ou lors d’évènements liés au milieu comme des vagues puissantes qui balayent les fonds. Certains systématiciens penchent d’ailleurs pour faire de ce tissu modulable une autre signature propre aux échinodermes au même titre que l’endosquelette ou le système ambulacraire.

Ce dispositif très sophistiqué et méconnu achève en tout cas de casser définitivement l’image « d’êtres inférieurs » qui colle aux échinodermes. Au passage, avez-vous noté que nous avons été amené à utiliser des termes tels que « mâchoires » ou « vertèbres » à propos de ces animaux : çà ne vous rappelle rien ? Notre vieux fonds commun de Déteurostomiens !

Gérard GUILLOT ; Zoom-nature.fr

BIBLIOGRAPHIE

1. General Features of Echinoderm Skeleton Formation. A. I. Kokorin, G. V. Mirantsev, and S. V. Rozhnov. ISSN 0031