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Qu’est-ce qu’un Volvox ? Un aperçu rapide

Volvox est un genre d’algues vertes. Les Volvoxes sont des algues unicellulaires flottantes, mais restent généralement ensemble sous forme de colonies sphériques (ou boules) de 500 à 50 000 cellules. Ils peuvent vivre dans une variété d’habitats d’eau douce, y compris des étangs, des mares et des fossés. Au microscope, les volvoxes ressemblent à des billes vertes tournant lentement, ce qui en fait l’un des organismes microscopiques les plus adorables.

Une colonie de Volvox carteri mature avec de nombreuses colonies filles à l’intérieur sous un microscope.
Source des photos: http://www2.unb.ca/vip/photos.htm

Volvox aureus sous le microscope.

Classification de Volvox

Volvox est un genre polyphylétique d’algues vertes chlorophytes de la famille des Volvocaceae. Volvox est classé dans la classe des Chlorophycées en raison de la présence de chlorophylle.
Scientific classification
Domain: Eukaryota
Kingdom: Plantae
Phylum: Chlorophyta
Class: Chlorophyceae
Order: Chlamydomonadales
Family: Volvocaceae
Genus: Volvox
(Reference: wiki)
There are 20 species of freshwater Volvox. Common species are Volvox aureus, Volvox globator, Volvox carteri, and Volvox barberi, etc.

Volvox carteri under ultraviolet light.
Photo source: Microbe wiki

La structure cellulaire de Volvox

Une colonie de volvox typique est constituée d’une sphère creuse de cellules. Chaque boule, ou coénobium, est formée d’une seule couche de cellules superficielles réunies entre elles. Chaque cellule est entourée d’une épaisse paroi mucilagineuse, formant une couche gélatineuse qui maintient la boule creuse ensemble. Chez certaines espèces de volvox, ces parois mucilagineuses peuvent remplir l’espace interne de la sphère.
Ces cellules superficielles sont également appelées cellules végétatives ou cellules somatiques. Chaque cellule végétative posée à la surface de la sphère porte deux flagelles. Ces flagelles font face au côté de l’eau environnante et battent pour propulser toute la colonie dans l’eau. C’est pourquoi un volvox se déplace comme une balle roulante.

Volvox est une sphère creuse de 500 à 50 000 cellules, appelée colonie ou coenobium. La boule creuse est constituée d’une couche de cellules. Chaque cellule a une paire de flagelles en forme de fouet. Les flagelles battent en synchronie, permettant à la colonie de cellules de nager.
Image modifiée à partir de cronodon.

Vue rapprochée des cellules végétatives à la surface d’une colonie de Volvox. Deux flagelles et un œilleton rouge sont visibles.
Source de la photo: microscopy-uk.org.uk

Outre les cellules somatiques flagellées, une colonie de Volvox mature contient également des cellules germinales reproductrices. Le nombre de cellules germinales est inférieur à celui des cellules somatiques et se situe au centre de la sphère.
À l’intérieur de la cellule végétative, il y a un noyau, un chloroplaste en forme de coupe, plusieurs vacuoles contractiles (régulatrices de l’eau) et d’autres organites cellulaires. Chaque cellule végétative a un œil rouge (stigmate) qui peut détecter la lumière. Le Volvox, comme les autres algues vertes, est photosynthétique et nage vers la lumière (appelée phototaxie) pour rester éclairé. Si la lumière est trop forte, les volvoxes s’éloignent également des lumières très vives qui peuvent endommager leurs chloroplastes. La balle Volvox a une extrémité avant préférée et les cellules à l’avant de la sphère ont des yeux plus grands que les autres. Ces œillets guident le mouvement de la colonie de volvox. Les cellules reproductrices sont regroupées du côté du repos.

Une cellule somatique volvox est en forme de poire avec des pôles antérieurs et postérieurs distincts.
Le pôle antérieur possède un œilleton photosensible et deux flagelles qui permettent à la colonie de se déplacer vers la lumière. La base des flagelles porte des chloroplastes en forme de coupe unique. La cellule Volvox est entourée d’une paroi cellulaire et d’une membrane plasmique. Le cytoplasme central possède un noyau central, 2-3 vacuoles contractiles, plusieurs mitochondries, un réticulum endoplasmique, un appareil de Golgi (parfois appelé dictyosomes dans les cellules végétales), des ribosomes, etc. Les vacuoles contractiles agissent comme des organes excréteurs pour réguler le niveau d’eau de la cellule. Pyrenoid est un corps protéique dans les chloroplastes des algues qui produisent et stockent l’amidon. Chaque cellule mesurait environ 15-25 µm de longueur.

Pour coordonner le mouvement des flagelles entre les cellules volvox individuelles à battre à l’unisson, toutes les cellules végétatives de la surface sont reliées à leurs plus proches voisines par des ponts protoplasmiques. Ces ponts rendent le cytoplasme de toutes les cellules continu, ce qui permet aux ondes de signaux électriques de voyager dans toute la colonie de volvox, déclenchant le mouvement des flagelles de manière coordonnée et contrôlée. En fait, la jonction cellulaire fonctionne de la même manière entre nos cellules du muscle cardiaque pour faire battre notre cœur dans son ensemble!

Les cellules Volvox individuelles sont reliées par de minces brins de cytoplasme, appelés ponts protoplasmiques. L’amas cellulaire au centre est un groupe de cellules germinales reproductrices.
Source de la photo: microscopy-uk.org.uk

Comment vit Volvox ?

Toutes les espèces de Volvox sont capables de fabriquer leurs propres nutriments grâce à la photosynthèse. Les volvoxes sont verts car leurs cellules contiennent des chloroplastes qui contiennent les pigments verts, appelés chlorophylle. Les molécules de chlorophylle absorbent la lumière du soleil et la convertissent en énergie biologique. Dans le même temps, la photosynthèse consomme également du dioxyde de carbone (CO2) et produit de l’oxygène (O2). En raison de leurs activités végétales, les Volvoxes et toutes les autres algues vertes sont des organismes autotrophes.
Les volvoxes sont une partie importante de l’écosystème aquatique. Ils font partie de la chaîne alimentaire, ce qui en fait un élément important des aliments pour de nombreux organismes aquatiques tels que les poissons. Cependant, la prolifération de Volvox aureus pourrait entraîner une prolifération d’algues nuisibles. Une prolifération d’algues est plus fréquente dans les eaux chaudes à forte teneur en azote.

Prolifération d’algues dans le lac Binder, IA.
Crédit photo :: Flickr

Quelle est la taille d’un Volvox ?

Une boule ou une colonie de volvox est généralement un groupe de 500 à 50 000 cellules. Ces colonies ont une forme creuse ovoïde ou sphérique qui varie de 100 à 6000 µm. Une grande colonie de volvox pourrait avoir la taille d’une tête d’épingle.

Une colonie de Volvox mature mesure près de 2 mm de diamètre (vous pouvez la lire à partir de la barre d’échelle de l’image). Les colonies filles à l’intérieur de la colonie parentale sont prêtes à être libérées.

Comment Volvox se reproduit-il ?

Volvox peut se reproduire asexuellement ou sexuellement. Le choix entre la reproduction asexuée et sexuée dépend des conditions dans lesquelles ils vivent. La reproduction asexuée a lieu en été dans des conditions favorables, ce qui permet une expansion rapide de la population de volvox. La couleur de l’étang peut devenir verdâtre en raison de la croissance rapide des volvoxes. Au contraire, la reproduction sexuée a lieu à la fin de la saison de croissance.

Les volvoxes se développent rapidement pendant les saisons chaudes.
Vous pouvez trouver des colonies de Volvox de différentes tailles qui représentent différentes étapes du cycle de vie.
Source de la photo: wiki

Reproduction asexuée de Volvox

Volvox peut se reproduire de manière asexuée en formant de nouvelles colonies filles à l’intérieur de la colonie parentale. Ces colonies filles émergent de cellules agrandies à la surface de la colonie mère, appelées gonidies (au singulier : gonidium), à l’extrémité postérieure de la colonie.

La formation de gonidies à l’intérieur de Volvox.

Les gonidies sont des cellules reproductrices asexuées. Ils laissent tomber leurs flagelles; deviennent de forme arrondie; contiennent un cytoplasme dense et se trouvent dans un sac de gelée qui fait saillie vers l’intérieur de la colonie. Chaque cellule de gonidium se divise à plusieurs reprises et produit de plus en plus de cellules filles. Ces cellules se regroupent et forment une plaque de cellules en forme de coupe. La division cellulaire se poursuit et finalement, ils forment une petite colonie fille sphérique, qui est suspendue à la surface intérieure parentale.

Le cycle de vie asexué de Volvox.

Les colonies filles sont formées à l’origine de l’intérieur vers l’extérieur, avec leurs flagelles pointant vers l’intérieur. Ils doivent donc subir un processus d’inversion. Après l’inversion, les colonies filles continuent de croître, qui sont comme de nombreuses versions miniatures du parent.

Une colonie fille se retourne à l’envers pour que les flagelles soient orientés vers l’extérieur de la cellule.
Source de la photo: microscopy-uk.org.uk

Lorsque la colonie parentale se rompt et meurt, ces colonies filles s’échappent. Ils continuent de croître par division cellulaire. Une colonie parentale peut libérer de 5 à 20 filles. Les colonies filles peuvent contenir de petites colonies de petites-filles à l’éclosion.

Naissance de colonies filles après la désintégration de la colonie parentale. Vous pouvez voir que ces colonies de « petites-filles » se développent déjà!
Source de la photo: microscopy-uk.org.uk

Reproduction sexuée de Volvox

Certaines espèces de Volvox sont monoïques (un seul sexe) tandis que d’autres sont dioïques (avec deux sexes séparés). Dans les formes dioïques, les colonies femelles produisent des ovules spécialisés et les colonies mâles produisent des paquets de spermatozoïdes, tous deux à l’arrière des colonies. Les ovules manquent de flagelles et restent attachés aux cellules voisines par les ponts protoplasmiques. Les spermatozoïdes n’ont pas de parois cellulaires mais ont deux flagelles. Les spermatozoïdes matures se détachent de la colonie mère et nagent vers les ovules. Lorsqu’un spermatozoïde fertilise un ovule, un hypnozygote à paroi épaisse se forme.

L’hypnozygote peut rester au stade de dormance ou de repos pendant un certain temps. Si un étang sèche ou gèle, les stades dormants peuvent survivre jusqu’à ce que de meilleures conditions de croissance reviennent. C’est pourquoi la reproduction sexuée de Volvox commence généralement à la fin de l’été.

Des paquets de spermatozoïdes se développent dans une colonie de Volvox mâle.
Source de la photo: microscopy-uk.org .uk

Les ovules fécondés se développent en hypnozygotes avec une couche protectrice dure. Les hypnozygotes sont capables de résister à des conditions difficiles et survivront en hiver.
Source de la photo: microscopy-uk.org.uk

Qui a découvert Volvox ?

Le microscopiste néerlandais Antonie van Leeuwenhoek a signalé pour la première fois les colonies de Volvox en 1700. Leeuwenhoek a également découvert de nombreux autres organismes microscopiques, tels que les rotifères et les paramécies, en utilisant ses microscopes simples.

Gauche: Le microscope simple utilisé par Antony Van Leeuwenhoek pour découvrir les organismes microscopiques. À droite : Illustration de Volvox dans la lettre de Leeuwenhoek datée du 2 janvier 1700.
Source: minst.org

L’évolution des Volvox

Les Volvoxes ont évolué à partir des ancêtres des Chlamydomonas unicellulaires il y a environ 200 millions d’années, au cours de la période du Trias. Les scientifiques étaient fascinés par l’évolution des colonies de Volvox. Ils croyaient que le secret de la provenance des organismes multicellulaires était là. En fait, ils ont trouvé la transition des algues unicellulaires aux colonies Volvox multicellulaires au sein de la famille des Chlamydomonas.

En étudiant l’arbre généalogique de Chlamydomonas, les scientifiques peuvent identifier l’évolution des algues unicellulaires vers des colonies multicellulaires de Volvoxes.
Source de la photo: wiki

Volvox est un organisme modèle important

Un organisme modèle est une espèce qui a été largement étudiée en science. Habituellement, un organisme modèle est facile à entretenir et à reproduire en laboratoire et présente des avantages expérimentaux particuliers. Escherichia coli (une bactérie), la levure, C. elegans (un ver rond), la mouche des fruits, le poisson zèbre et la souris sont tous des organismes modèles importants.

En fait, Volvox est également un organisme modèle qui aide les scientifiques à étudier l’embryogenèse, la morphogenèse et la différenciation cellulaire. Par exemple, le changement de forme des cellules de Volvox lors de l’inversion se produit dans un processus analogue à la gastrulation animale (un embryon formant son intestin).

Résumé

• Les volvoxes se développent sous forme de colonies sphériques. Chaque colonie peut être composée de 500 à 50 000 cellules.
• Volvox préfère vivre dans des plans d’eau riches en nutriments tels que des lacs, des piscines, des canaux, des fossés, etc.
• Il existe trois types de cellules Volvox: les cellules végétatives, les cellules reproductrices asexuées et les cellules reproductrices sexuelles.
• Les cellules végétatives sont des cellules somatiques qui forment la coquille de la boule de Volvox. Chaque cellule végétative a deux flagelles et est attachée l’une à l’autre avec des brins cytoplasmiques.
• Les Volvoxes peuvent se reproduire à la fois asexuellement et sexuellement. La décision dépend des conditions environnementales.
• Par reproduction asexuée, les cellules reproductrices se développent en colonies filles au sein de la colonie mère. Après maturation, la colonie fille sort de la colonie mère.
• Par reproduction sexuée, les cellules reproductrices femelles et mâles deviennent des ovules et des spermatozoïdes. Les cellules fécondées forment des hypnozygotes qui peuvent survivre pendant l’hiver ou la saison sèche.

Une image intéressante des colonies de Volvox et de Gloeotrichia dans le même champ. Gloeotrichia est un grand genre colonial de cyanobactéries. Gloeotrichia pousse dans un corps filamenteux jusqu’à ~ 2 mm de taille.
Source de la photo: wiki