Axes de polarité

Axe de polarité

Le plan d'organisation externe des vertébrés présente 2 axes de polarité évidents

En biologie, un axe de polarité est un manque ou une absence de symétrie dans le plan d'organisation d'un organisme, par répartition différentielle des organes et des tissus. L'axe indique les 2 côtés qui ne sont pas symétriques.

On peut trouver chez un organisme à la fois des symétries et des polarités. Par exemple chez les vertébrés, il y a une symétrie droite-gauche imparfaite. Mais on observe aussi:

  1. un axe de polarité dorso-ventral,
  2. un axe de polarité antéro-postérieur,
  3. un axe de polarité droite-gauche, dans le plan d'organisation interne ( les lobes pulmonaires, le cœur, les intestins, les hémisphères du cerveau ne sont pas symétriques).

Déterminisme des axes de polarité

Tout comme les autres aspects du plan d'organisation, les axes de polarité sont héréditaires donc déterminés au moins en partie génétiquement. Certains des gènes responsables ont été identifiés chez des organismes modèles ( drosophile, souris) puis chez les humains. Il s'agit entre autres des gènes homéotiques.

Chez les plantes, on trouve généralement un axe de polarité haut-bas ( ou racine-feuillage) et il peut apparaître un axe de polarité supplémentaire, dirigé vers une source de lumière en cas de phototropisme.

Donc, dans le règne animal, les polarités sont relativement immuables d'une génération à une autre, et on peut donc en déduire que les polarités sont déterminées en grosse partie génétiquement. Chez les végétaux, c'est un caractère qui présente une grande plasticité puisque les polarités peuvent s'adapter à un environnement donné.

En fait, comme les animaux sont mobiles, cela pallie ce manque de plasticité dans le développement du plan d'organisation. Ce n'est pas le cas chez les végétaux.

Relation à l'environnement

Les côtés dorsal et ventral sont moins polarisés

Comme tout en biologie est histoire d'évolution, on peut se demander pourquoi cette évolution a fait apparaître et maintenu ces absences de symétrie. En fait, tout organisme est en relation avec son environnement, et les polarités externes sont des réponses évolutives aux polarités du milieu, ou plutôt aux anisotropies du milieu. En effet nous ne vivons pas dans un monde symétrique et homogène mais dans un environnement polarisé:

L'axe dorso-ventral

Il y a le bas et le haut, un champ de gravité orienté vers le centre de la Terre. Il en découle que les organismes ont des membres dirigés vers le bas, pour les soutenir. Le côté ventral est donc diffèrent du côté dorsal. Lorsque l'effet de la gravité est amoindri comme dans un milieu aquatique ( la poussée d'Archimède réduit le poids de l'animal), la polarité dorso-ventral est moins marquée, comme chez les poissons.

Chez certains oursins le plan d'organisation externe est peu polarisé
L'axe antéro-postérieur

Le gradient de nourriture dans l'environnement a favorisé une concentration des organes de l'ingestion ( bouche ) et des organes de la perception ( oeil, nez, langue...) d'un même côté. C'est le côté avant. Chez certaines espèces vivant dans un environnement où le gradient de nourriture est faible ou bien confondu avec le champ de gravité, les polarités sont moins marquées:

Polarité et symétrie droite-gauche

La polarité D-G de l'organisation interne des vertébrés est peu marquée mais est incontestable. Quel facteur de l'environnement a pu favorisé ce manque de symétrie? En toute hypothèse, aucun. Car les organes internes sont peu en relation avec l'environnement. Si le cœur bat à gauche, et, si l'intestin s'enroule d'un côté et pas dans l'autre cela est dû....au hasard. En effet, si le cœur pointe vers la gauche chez tout le monde, c'est un effet de hasard, de dérive génétique qui a fixé un allèle donné dans les populations. Les cas de situs inversus montrent que le sens de la polarité D-G interne n'est pas fondamental pour bien vivre. Le sens de la polarité D-G serait un caractère neutre, vis-à-vis de la sélection naturelle.

En revanche, la symétrie droite-gauche a été favorisée par la sélection naturelle, car il n'y a pas de différence droite-gauche dans l'environnement. Si un prédateur arrive par la gauche il faut savoir fuir par la droite et inversement...

Le tournesol acquiert un 2e axe de polarité en orientant son unique fleur par rapport au soleil
La polarité chez les plantes

L'anisotropie du milieu touche aussi les plantes pour lesquelles il y a un champ de gravité, et un gradient de ressources : la lumière , la pluie ou l'air arrivent d'en haut, les ions du sol sont plus bas. Or, toutes ces anisotropies sont dans le même sens! C'est pourquoi, on ne trouve qu'un seul axe de polarité haut-bas chez les plantes. Un deuxième axe peut apparaître si, par exemple, la lumière vient d'un côté seulement (phototropisme) .

On retrouve aussi une double polarité dans les fleurs zygomorphes. Mais, c'est là encore en relation avec l'environnement et avec la polarité d'un aspect du milieu, et plus exactement celle des animaux pollinisateur qui doivent être attirés par elles.

Mise en place des axes de polarité

Les gènes homéotiques déterminent le plan d'organisation d'un être vivant lors du développement embryonnaire.

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