SUR L'EXISTENCE DE "PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES" CHEZ DIVERS ORGANISMES VIVANTS

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SUR L’EXISTENCE DE ”PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES” CHEZ DIVERS ORGANISMES

VIVANTS

Y. Bouligand

To cite this version:

Y. Bouligand. SUR L’EXISTENCE DE ”PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES” CHEZ

DIVERS ORGANISMES VIVANTS. Journal de Physique Colloques, 1969, 30 (C4), pp.C4-90-C4-

103. �10.1051/jphyscol:1969424�. �jpa-00213726�

JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C 4 , supplément au no 11-12, Tome 30, Nov.-Déc. 1969, page C 4 - 90

SUR L'EXISTENCE DE « P SEUDOMORPHO SES CHOLESTÉRIQUE s ^»

CHEZ DIVERS ORGANISMES VIVANTS

Y. BOULIGAND

Laboratoire de Zoologie, 24, rue Lhomond, Paris Ve

Résumé. - Une structure lamellaire régulière est révélée par examen sur coupe chez un grand nombre de systèmes biologiques ; les lamelles renferment des fibres disposées selon une modalité caractéristique, observable en microscopie électronique et parfois en microscopie photonique à contraste de phase. Chaque lamelle étudiée en section oblique semble constituée de fibres arrangées selon des arceaux. En fait, il n'existe pas de fibrilles se recourbant dans l'épaisseur des lamelles ; cet aspect est une illusion due au recouvrement de plans de filaments ; dans chaque plan, les fila- ments sont parallèles entre eux, mais leur orientation change progressivement et dans chaque couche successive, la direction fibrillaire a tourné d'un petit angle autour d'un axe perpendiculaire aux plans, à l'instar des molécules dans les cristaux liquides cholestériques. Ces arrangements torsadés ont été observés fréquemment dans les cuticules de Crustacés et d'Insectes, dans un certain nombre de cuticules et de tissus conjonctifs d'Invertébrés, dans les os de Vertébrés et dans les chromosomes des Péridiniens, Les cuticules et les os ne correspondent pas à des états mésomorphes authentiques, mais a des pseudomorphoses ; dans de tels systèmes fibrillaires, certaines réactions de durcissement ou des minéralisations ne tardent pas intervenir. La matrice organique de la carapace des Crus- tacés présente des défauts qui s'apparentent de près aux lignes de disclination déjà connues dans les cristaux liquides. Nous avons trouvé un arrangement torsadé dans la cuticule des Cetonia, Coléop- tères qui réfléchissent de la lumière polarisée circulaire ; chez les Chrysocarabus, la partie externe de la cuticule, qui présente la même coloration métallique, sans polarisation circulaire, est constituée de lamelles alternativement denses et claires, sans indice d'agencement torsadé. La torsion des fibrilles dans un seul sens, pour un certain nombre de matériels biologiques (matrices protéiques, spirales chromosomiques) pourrait provenir des configurations en a

hélices ou en double

hélice des macromolécules.

Abstract. - When sectionned, several biological systems reveal a regular lamellated structure ; the lamellae have a characteristic pattern of fibres resolvable by electron microscopy and, some- times, by phase contrast photonic microscopy. Each lamella observed on oblique section seems to be composed of fibrils arranged in bow-shaped lines. In fact, the fibrils curving across lamellae do not exist ; this appearance is an illusion cteated by overlapping planes of filaments ; in each plane, the filaments are parallel one to another but the orientation changes slightly and, in each successive layer, the fibril direction is rotated through a smaii angle about an axis perpendicular to the planes, in the manner of a cholesteric liquid crystal. These twisted arrangements have fre- quently been observed in Crustacean and Insect cuticles, in a number of Invertebrate cuticles and connective tissues, in Vertebrate bones and in Dinoflagellate chromosomes. The cuticles and the bones are not genuine mesomorphic States but pseudomorphosis ; in such fibrillar systems, certain hardening reactions and mineralization may occur rapidly. The organic matrix of the Crustacean body-wall shows defects which are closely related to the

disinclination lines)) described inliquid crystals. We have found a twisted arrangement in the cuticle of the beetle Cetonia which reflects circularly polarized light ; in Chrysocarabus, the outer part of the cuticle reflecting the same metallic colouring, without circularly polarized light, is made of alternating dark and light bands, with no sign of any twisted arrangement. The unidirectionnal twist of fibrils in a number of biological systems (protein matrices and chromosomal spirals) could arise from the a - helix and double -

helix configurations of the macromolecules.

Plusieurs matériels biologiques pré~entent une orga- tissus squelettiques. Dans ce dernier cas, nous savons nisation fibrillaire, comparable au point de vue géo- que nous n'avons pas affaire à d'authentiques phases métrique à celle des mésophases cholestériques. On cholestériques mais à des pseudomorphoses. Nous rencontre de telles structures par exemple dans les utiliserons ce substantif pour désigner des corps dont chromosomes d'un groupe de microorganismes (Péri- l'état n'est pas mésomorphe, mais dont les molécules diniens), dans certains types de sécrétion et dans divers sont distribuées dans l'espace de la même manière

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1969424

SUR L'EXISTENCE DE

PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES

C 4 - 9 1 (ainsi, pour une pseudomorphose cholestérique, les

molécules allongées sont toutes parallèles à une direction de plan ; elles sont parallèles entre elles dans un même plan ; enfin entre deux plans, les orien- tations font un angle proportionnel à la distance qui les sépare). Nous étendons le sens donné à ce mot par Friedel (1922, p. 290 et pp. 313-315) [15] sans toutefois nous en éloigner. Les différents tissus squelettiques organisés parallèlement à la trame d'une mésophase cholestérique sont rigides parce que des réactions chimiques interviennent et durcissent le matériel.

Ce mémoire résume des recherches déjà publiées ou en voie de l'être. Les résultats concernant les Crabes, la carapace des Insectes, la réflexion de lumière polarisée circulaire et I'organisa- tion des chromosomes correspondent

nos travaux personnels (Bouligand

Toutefois, pour les chromosomes, j'ai bénéficié de l'aide de sympathiques collègues. Toutes les autres considérations proviennent de l'analyse de publications d'autres auteurs ou d'échanges de vue soit directs, soit épistolaires. On voudra bien excuser le caractère spéculatif du paragraphe consacré aux

questions en suspens

Ce sont les points où notre travail est le moins avancé et que, néanmoins, nous consi- dérons comme les plus intéressants. Notons que nous dévelop- pons ici des idées dont certaines prémisses figurent dans Gau- bert (1924) [16] et Robinson (1966)

Méthodes. - Nous avons effectué des coupes minces

l'aide de microtomes. Un fait d'observation banale est

la base de cette méthode : en râclant avec un scalpel une même face d'un morceau de paraffine, on peut retirer plus de cent copeaux avant d'obtenir une érosion d'un millimètre. Une expérience plus élaborée donne des pellicules cinquante

cent fois plus minces en procédant avec un bloc de résine durcie et en utilisant comme couteau un diedre de

dans un éclat de verre. Des tissus ou des organes pénétrés par de la paraffine ou une résine synthétique pourront être débités en tranches fines et si on respecte leur ordre, o n pourra établir des reconstitutions dans l'espace.

Pour réussir ces inclusions, il faut d'abord fixer le petit mor- ceau qui est prélevé sur un organisme vivant

on immerge la pièce dans une solution contenant soit du formol, soit de l'acide osmique, soit du bichromate de potassium, soit d'autres subs- tances capables d'empêcher de nombreuses réactions enzyma- tiques de se poursuivre, d'éviter les dégradations qui en résulte- raient et d'insolubiliser certains constituants dans les solvants nécessaires à la suite des opérations

il s'agit de l'alcool puis du toluène pour la pénétration de la paraffine, de l'alcool et de l'oxyde de propylène dans le cas des résines synthétiques.

L'inclusion se fait dans la paraffine entre

et

et on laisse refroidir; les résines sont polymérisées en les plaçant

environ. Les opérations usuelles de la microtomie sont expli- quées sur la

1. Certaines coupes ont été réalisées avec couteau de diamant.

Les coupes

la paraffine sont montées et étalées sur lame de verre

on les « déparafine

avec du toluène

après passage par I'alcool, on les réhydrate

les histologistes disposent de toute une gamme de teintures

les coupes donnent des colora- tions polychromes, étant donnée la diversité des affinités tinc- toriales des constituants biologiques

on peut également modi- fier la densité aux électrons en plaçant les coupes ultrafines à la surface de solutions renfermant des sels métalliques lourds. Les réactions chimiques sur coupe sont parfois possibles.

FIG. 1. - Principes de la microtomie

en haut à gauche, un bloc de paraffine avance régulièrement de 5

chaque fois qu'une coupe vient d'être réalisée

en bas

gauche, un ruban de coupes est étalé sur une lame porte-objet portée à

et couverte d'eau; celle-ci est ensuite essorée; en haut

droite, un bloc de résine portant l'objet

son extrémité laisse partir une coupe

A)

chaque passage au contact d'un dièdre de verre ; le ruban ainsi formé flotte sur de l'eau versée dans une coupelle

la coupe est étalée en présence de vapeurs de benzène

un angle de papier filtre en est imbibé

les coupes sont pêchées tant bien que mal

en bas

droite

une grille de cuivre, vue de dessus et sa coupe schématique.

b

angle de papier filtre avec benzène; c

film de carbone déposé par évaporation

f

film de formwar

g

grille en coupe

m

mouvement du porte-objet dans le microtome

p

pince

r

rasoir

s

coupe dans une résine.

Ces manipulations peuvent modifier considkrablement l'objet étudié; les artéfacts sont nombreux et ils peuvent simuler une structure régulière si le matériel présente lui-même fonda- mentalement un certain ordre périodique. On doit s'assurer de la reproductibilité des résultats et de leur stabilité lorsque plusieurs méthodes sont utilisées

il faut également rechercher sur matériel vivant les indications les plus nombreuses permettant Ia critique des observations histologiques. (Pour tout détail complémen- taire, voir Langeron (1916) et Magnan, 1962.)

Etude d'un exemple : la Carapace des Crabes

- Crabes étudiés : Carcinus maenas L. (VEnragé), Caszcer pagurus L. (le Tourteau) et Macropipus puber (L.) (1'Etrille). La carapace ou cuticule est formée

d'une trame chitinoprotéique imprégnée de sels cal-

caires. La chitine est un polymère d'acétyl-glucosa-

mine ; une faible partie des protéines associées a subi

un tannage quinonique ; le durcissement vient essen-

tiellement du dépôt de carbonate de calcium (de la

calcite en général) et d'un peu de phosphate trical-

cique. On peut dissoudre les sels minéraux en présence

d'acide trichloracétique dilué ou de citrate d'ammo-

nium. Il reste alors une trame fibreuse, souple, que

l'on peut étudier par la méthode des coupes. On

observe des bandes superposées, parallèles à l'orienta-

tion de la cuticule (Fig. 2b) ; chaque bande est consti-

Y.

FIG. 2. - Observation au microscope électronique de coupes de cuticule de Crabe

décalcifiée ; a) coupe perpendiculaire aux strates

les filaments chitinoprotéiques sont

alternativement dans le plan de coupe ou, au contraire, vus en section ; la cuticule est

traversée par des canaux qui renferment des prolongements cytoplasmiques

b) coupe

oblique, proche de l'horizontale

on observe des séries d'arceaux fibrillaires

les

prolongements cytoplasmiques sont vus en coupe ; certains filaments (f) chitino-pro-

téiques leur sont parallèles ; c) coupe verticale avec une slrate supplémentaire intercalée ;

il existe une zone (r) où des filaments en contact se projettent sur le plan de coupe

suivant deux directions perpendiculaires ; dans ces régions, les fluctuations par rapport

aux directions moyennes sont importantes (x) ; il n'en est pas de même pour les coupes

a et b.

SUR L'EXISTENCE DE

PSEUDOMORPHOSES CHOLEST~RIQUES

C 4 - 9 3

tuée par une série d'arceaux fibreux, emboîtés les uns dans les autres ; la concavité reste la même dans les niveaux successifs, dans un petit domaine de la sec- tion ; les coupes obliques, les plus nombreuses évi- demment, sont seules favorables à cette observation.

Nous devons avoir présent à l'esprit le fait que les structures étudiées sur coupes ne représentent qu'une partie de l'ensemble, comprise entre deux plans paral- lèles très voisins.

Certaines zones de la cuticule sont pratiquement planes et dépourvues d'accidents morphologiques.

Nous appellerons verticale une structure perpendicu- laire à la cuticule dans de telles régions ; l'horizontalité et l'obliquité s'en trouvent également définies. Les coupes effectuées selon de multiples directions bien précises ont montré que l'agencement fibrillaire étu- dié se superpose à lui-même par toute translation lîori- zontale et par toute symétrie autour d'un axe vertical.

Les directions fibrillaires sont donc soit horizontales, soit verticales (Fig. 3) ; cette deuxième hypothèse ne peut pas être retenue parce qu'il n'y aurait pas d'ar- ceaux. De plus, les coupes sériées, horizontales, d'un dièdre de cuticule d'arête verticale, montrent que la direction fibrillaire tourne régulièrement dans le sens des aiguilles d'une montre, pour un observateur regardant de l'extérieur un point qui s'élève dans

l'épaisseur de la carapace ; on peut donc associer une hélice sénestre à cet arrangement (').

Ces conclusions nous conduisent à la confection d'un modèle (Fig. 4) qui rend compte des propriétés indiquées plus haut. Les discontinuités résultent des nécessités du dessin ; chez les Crabes, l'arrangement est parfaitement continu et, en outre, on observe, dans un tout petit élément de volume, une certaine fluctuation des directions des filaments autour de leur moyenne (Fig. 2b).

On peut chercher l'équation des courbes en arceaux en rapportant l'espace à un système de coordonnées

FIG. 4. - Modèle possédant les propriétés géométriques des cuticules de Crabe : un ensemble de cartes planes, rectangulaires,

FIG.

a) On considère une région idéale de la cuticule, où les séries d'arceaux sont rectilignes et suivent la direction géné- rale

v est un plan vertical, perpendiculaire

la cuticule

p l et pz sont deux plans symétriques par rapport à v ; les conca- vités des séries d'arceaux obtenues sont opposées (Cl et C2) ; 6 ) la cuticule peut avoir localement la forme d'une surface

courbures opposées ; Pinclinaison relative d'un plan de coupe peut s'inverser de part et d'autre d'une région n où celui-ci est normal

les concavités des séries d'arceaux sont opposées de part et d'autre de n.

de tailles décroissantes est disposé de mansre à former un tronc de pyramide ; chaque élément porte des lignes équidistantes, parallèles ; la direction tourne de 300 d'une carte à la suivante.

On obtient des figures en arceaux en coupe oblique : leur contour a été indiqué dans la partie gauche de la figure ; on retrouve la propriété de la figure 3a).

(1) Schmidt (1924) avait admis pour la structure de la cuticule des Crustacés et pour la tunique des Ascidies celle que nous proposons aujourd'hui ; ses conclusions reposaient sur le fait que toutes les coupes verticales, quelles que soient leurs direc- tions, donnent, placées convenablement entre nicols croisés, une alternance de bandes brillantes et sombres. Cet auteur attribuait cependant les figures en arceaux

des échanges de filaments entre des plans successifs; Schmidt a dû cependant revoir sa conception puisque Gotting (1966) [ t g ] rapporte un dessin non publié de cet auteur qui correspond exactement au modèle torsadé (Bouligand, 1965)

avec coupe oblique faisant appa- raître les arceaux.

Ruda11 (1955) [34] a adopté indépendamment le même point

de vue en examinant directement, au microscope électronique,

des rubans paracristallins, obtenus par délamination de l'oo-

thèque de la Mante religieuse

ce système correspondrait

des

a-hélices enroulées deux à deux en super-hélices ; l'assemblage

le plus compact conduit alors nécessairement à une disposition

torsadée ; nous renvoyons à la discussion de ce travail, qui est

particulièrement instructive.

C 4 - 9 4 Y. BOULIGAND

trirectangulaires ; en M (x, y, z), la direction fibrillaire est celle d'un vecteur F (cos az, sin az, O). On coupe par P : z = y.tg a ; en chaque point de P, F se pro- jette suivant f dont les lignes de forces ont pour équation par rapport à xos (os étant une ligne de plus grande pente de P et (Oz, Os) étant aigu) :

X = X ,

log, 1 sin S 1 ,

avec X = a.xsina.cosa et S = as.sina; les élé- ments du calcul sont portés sur la figure 5. Ces courbes correspondent bien aux séries d'arceaux ; elles sont symétriques. On peut calculer le rayon de courbure des arceaux en leur sommet, rapporté à la largeur des bandes : rlb

cos aln ; ce rapport permet de connaître l'angle de coupe avec une précision de quel- ques degrés, en utilisant la forme pointue ou arron- die des arceaux. Les séries d'arceaux deviennent moins nettes, lorsque l'épaisseur d'une coupe cesse d'être négligeable par rapport au pas de la structure.

FIG.

- Les directions fibrillaires de la cuticule sont rappor- tées

est horizontal ; en un point M, la direction fibrillaire est portée par un vecteur uni- taire MF, faisant un angle az avec ox

a est constant ; MF se projette suivant Mf dans le plan P ; les courbes tangentes

Mf vérifient dxlds

cos azlsin az.cos a soit

x

+ Log, lsin (sa sin a) ( x l/a.cos a.sin

Nous citerons quelques conséquences de l'arrange- ment fibrillaire torsadé.

l o Les coupes verticales présentent une succession de bandes sans arceaux, où les filaments en vue lon- gitudinale alternent avec des zones ponctuées, cor- respondant à leur section transversale (Fig. 2a).

20 On peut incliner sur l'axe optique de l'appareil de telles coupes verticales sans que les limites des bandes cessent de lui être perpendiculaires. On voit alors apparaître des arceaux et l'orientation de leurs concavités s'inverse pour deux positions de la coupe, symétriques par rapport à un axe vertical. Ceci

FIG.

Les séries d'arceaux sont déformées au niveau des

tubercules et, sur coupe verticale, les strates forment des saillies

plus ou moins coniques ; on peut effectuer des coupes perpen-

diculaires

b) une coupe

e

peut être décomposée par la pensée en rubans circulaires, tan-

gents

des cônes coaxiaux ; les projections des filaments de

chaque ruban sur le plan de coupe sont parallèles entre elles

leur direction tourne d'un angle déterminé d'un ruban au sui-

vant ; en étendant assez loin cette disposition, on voit, apparaître

deux spirales

on peut constituer un modèle semblable à celui

de la figure 4 mais conique ; la double spirale d'arceaux appa-

raît, mais est en sens inverse de celle obtenue en b ; dans ce

modèle, les strates les plus superficielles sont au centre et c'est

le contraire en b.

SUR L'EXISTENCE DE

PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES

démontre bien qu'il n'y a pas de filament ayant forme d'arceau.

30 Lorsque la carapace présente un bombement local, une coupe perpendiculaire à l'axe de cette déformation donne deux séries d'arceaux formant une double spirale (Fig. 6). Les images sont souvent compliquées par une spirale simple de tassement correspondant à un artéfact de microtomie (Fig. 7a).

FIG. (7a) bis.

spirale simple, plus épaisse, se

-Interprétation de la micrographie 7 a

une correspondant

une zone où la coupe est

superpose

la spirale double d'arceaux.

On peut déterminer dans une coupe perpendiculaire à l'axe d'un tubercule les zones où les filaments sont rebroussés par le mouvement relatif du bloc et du couteau ou, au contraire, sont aplatis dans le plan de section. Si l'on trace la ligne médiane de ces zones de rebroussement, on trouve une spirale simple.

La morphologie des Crabes est très complexe et il en résulte de nombreux défauts dans l'organisation fibril- laire. La liste que nous présentons est loin d'être exhaustive

1) La cuticule est traversée verticalement par de nombreux canalicules cytoplasmiques ; ceux-ci ont une forme rubanée hélicoïdale provoquée par les orientations fibrillaires ; ces canalicules sont parfois légèrement obliques. On observe souvent des filaments chitinoprotéiques qui s'engagent dans les fissures hélicoïdales qui résultent de la présence de ces cana- licules (Fig. 2b). Les insertions musculaires comportent des prolongements intracuticulaires qui introduisent de nombreux microdéfauts.

2) La surface externe de la cuticule est protégée par une très mince couche lipoprotéique appelée épicu- ticule ; les séries d'arceaux peuvent, dans certains secteurs, ne pas être tout à fait parallèles à I'épicuti- cule. Ceci montre que les premiers filaments chitino-

protéiques déposés sous I'épicuticule ne sont pas partout parallèles entre eux sur un domaine assez vaste (Fig. 8a). On peut voir également les séries d'arceaux disparaître latéralement d'une manière très progressive et sans déformation à la face interne de la cuticule (Fig. 8a). Au niveau de l'insertion des poils, ou à l'approch'e des membranes articulaires, un certain nombre de séries peuvent s'interrompre alors que d'autres se poursuivent en changeant d'épais- seur et d'aspect fibrillaire. Le pas hélicoïdal est très variable même dans les zones les plus régulières ; il évolue entre 10 y et 0'25 y chez le Crabe enragé ; les séries d'arceaux ont leur largeur maximum à mi- chemin entre la face externe et la face interne de la cuticule lorsque celle-ci est entièrement déposée ; il existe des maximum secondaires.

3) Les bandes d'arceaux peuvent être dissymé- triques ; la figure 8 (b, c ) montre alors qu'il y a dépôt des filaments selon une direction privilégiée. La cuti- cule présente des lames internes ou apodèmes sur lesquelles les muscles sont attachés ; tous les filaments chitinoprotéiques sont parallèles à l'allongement : on a pratiquement une pseudomorphose nématique monocristalline (dans ce cas subsistent néanmoins des défauts et en particulier les prolongements des inser- tions musculaires).

4) Enfin, il existe un type très particulier de dislo- cation que nous étudierons d'une manière plus appro- fondie. On appelle strate ou plan de Grandjean l'espace compris entre deux plans horizontaux, corres- pondant à une rotation de 1800 des filaments. NOUS étendrons la notion d'horizontalité aux secteurs dont la morphologie est très tourmentée ; tout élément parallèle aux strates sera dit horizontal. Nous avons interprété les doubles spirales d'arceaux en supposant que les filaments situés à un même niveau dans une strate, recouvrent d'une manière parallèle la défor- mation due à la présence d'un tubercule (Fig. 9a

En fait, certaines spirales d'arceaux sont simples (et non doubles). On peut montrer qu'une telle disposi- tion exige que, dans un même niveau horizontal, les filaments soient disposés comme des paraboles homo- focales de même axe. Tout se passe comme si les fila- ments devaient contourner les saillies des strates (Fig. 9b ,-,). Dans ce cas, l'axe du tubercule repré- sente une ligne de singularité ; ces spirales simples portent à leur périphérie un autre accident (Fig. 7b) tel que l'apparition d'une nouvelle série d'arceaux entre deux autres ou le dédoublement de l'une d'elles ('1 Nos résultats dans ce domaine sont résumés d'une (Fig. 9 4 . Cette situation a été analysée à des niveaux manière trés condensée.

Un exposé plus détaillé sera

donné ultérieurement dans le Journal de Microscopie et dans successifs d'une strate supposée vue de

le Journal de Physique. (Fig. 9c, - ,). Lorsque les filaments contournentunpoint

Y BOULIGAND

Fic.

Double spirale d'arceaux et spirale unique de tassement

(tubercule coupé perpen-

diculairement

l'axe ; voir l'explication de la figure en

bis

spirale simple d'arceaux

avec une bande qui se dédouble en un point t ; c) observation au microscope polarisant d'une

zone

tubercules coupés perpendiculairement

leur axe ; certains tubvrcules donnent des

bandes concentriques ; d'autres des spirales ; la plupart de ces dernières tournent dans le sens

inverse des aiguilles d'une montre, en partant du centre; certaines (t) tournent dans le sens

des aiguilles d'une montre

plusieurs tubercules admettent des structures plus compliquées ;

d ) coupe verticale de la surface d'un Carabe; on observe un empilement lamellaire qui

rend compte des couleurs réfléchies ;

de Cétoine ; sous l'épicuticule ep décollée, on distingue quelques séries d'arceaux

f ) chez la

Cétoine, plus en profondeur, ces séries sont plus nettes ;

examen au microscope polarisant

d'une coupe oblique proche de l'horizontale de la zone profonde de la cuticule de Cétoine ;

les directions changent brutalement de direction d'un niveau

l'autre.

SUR L'EXISTENCE DE

PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES »

FIG.

Coupe de cuticule (dessinée d'après une microgra- phie publiée (Bouligand, 1966) 121. Les séries d'arceaux peuvent être coupées obliquement par les limites de la cuticule ; b

les séries d'arceaux peuvent être dissymétriques ; il existe alors une direction privilégiée de dépôt des filaments, ainsi que le montre la figure c : la zone 1 correspond à une rotation lente des fibres et r

une rotation rapide.

FIG. 9. - Etude de la position des filaments à l'intérieur d'un même niveau d'un plan de Grandjean ; a

tubercule sans acci- dent ; a i : les filaments sont vus en perspective ; a2 : ils sont vus de dessus ; as : une coupe perpendiculaire à l'axe du tubercule donne une double spirale d'arceaux

a4

on voit des anneaux concentriques au microscope polarisant ; bi

les filaments contournent la saillie constituée par les strates ; bz

vue de dessus, cette disposition introduit une discontinuité ; b3

un tel tubercule donne en coupe une spirale simple ; b4

on obtient des spirales en sens inverses si la coupe est entre polaroïdes croisés; ci, cz, c3 : dispositions des filaments à trois niveaux successifs d'une strate, dans un tubercule où voisinent un enroulement parabolique p et un point triple t ; les filaments tournent de

entre ci et c2 et entre cz et cs

d

figure obtenue lorsqu'une lignep est dans l'axe d'un tubercule avec une ligne t voisine ; el

figure obtenue pour la situation inverse

ez

aspect correspondant à la figure el, au microscope polarisant.

à la manière de paraboles homofocales, un deuxième point singulier est nécessaire pour qu'à une certaine distance les filaments puissent être tous parallèles à la direction générale conformément au modèle initial ; le point triple tel qu'il est représenté sur les figures 9c est le complément indispensable des points à enroulement

parabolique. A ces points triples correspondent des lignes verticales ou légèrement obliques le long des- quelles on retrouve la même discontinuité. Les coupes sériées permettent de suivre ces lignes p et t qui évo- luent parallèlement sur un grand nombre de strates au niveau des tubercules. Il est difficile d'étudier leur raccordement avec d'autres structures parce que les strates deviennent trop minces pour être examinées en microscopie photonique dans ces régions ; l'épais- seur des coupes devient également élevée par rapport à celle des strates ; ce travail possible en principe en microscopie électronique demanderait dans les condi- tions actuelles une patience très considérable. Il arrive parfois que les lignes d'anomalie t coïncident avec l'axe d'un tubercule. Dans ce cas, on observe trois séries d'arceaux partant du centre de la figure spiralée (Fig. gel) ; l'une de ces séries est rapidement interrompue au niveau d'un point parabolique. La cuticule décalcifiée peut être étudiée au microscope polarisant ; la structure fibrillaire introduit une biré- fringence de forme qui est généralement prépondérante ; les observations dans ce cas recoupent celles qui pro- viennent de l'étude directe des orientations fibril- laires. Un tubercule dépourvu de singularité donne une double spirale d'arceaux et au microscope pola- risant des anneaux clairs et obscurs concentriques (Fig. 9 4 . Un tubercule avec axe d'enroulement parabolique donnera une spirale simple d'arceaux et une spirale double de lignes d'extinction tournant en sens inverse (Fig. 9b,) ; dans le cas assez rare, mais qui existe, d'un tubercule à axe t, on obtient une spirale triple d'arceaux et une spirale double de lignes d'ex- tinction tournant dans le même sens (Fig. 9e,). De cette manière, si des tubercules à axe p ou à axe t se trouvent coupés perpendiculairement à leurs axes, ils donneront, entre polaroïdes croisés, des spirales orientées en sens inverses ; les spirales p sont beaucoup plus nombreuses que les spirales t (Fig. 7c).

On doit noter que les mêmes singularités peuvent

exister dans des régions dépourvues de tubercules ;

on trouve des lignes de discontinuité verticales ou

légèrement obliques ; quand une coupe rencontre une

telle ligne, tout se passe comme si on voyait s'interca-

ler une nouvelle strate au point d'intersection ; des

coupes sériées subverticales permettent de suivre cette

strate supplémentaire dont le niveau dans la cuticule

change rapidement ; si par hasard, le plan de coupe

contient une telle ligne sur un parcours assez long, les

strates se trouvent décalées d'une demi-période (un

quart du pas hélicoïdal) de part et d'autre de la discon-

tinuité ; on compte une strate supplémentaire à droite

ou à gauche de l'axe de singularité ; on peut dans ce

C 4 - 9 8

Y . BOULIGAND

cas également trouver des critères simples permettant certains aspects décrits à propos des mésophases de reconnaître s'il s'agit de lignes p ou t. 11 existe cholestériques authentiques.

d'autres types d'anomalies ; nous avons indiqué celles qui sont à la fois les plus fréquentes et les plus simples à analyser. Nous remarquerons l'intérêt de la micros- copie électronique pour l'examen des orientations moléculaires au proche voisinage des singularités.

Notons enfin que les défauts apparaissent à la faveur des détails morphologiques, exprimés dès le dépôt de l'épicuticule ou bien résultent d'accidents locaux très discrets qui n'ont pas de signification évidente.

Comparaison avec les cristaux liquides cholestériques.

- D'autres constituants biologiques, examinés en coupe mince, présentent un arrangement en séries d'arceaux fibreux, semblables à celles qui viennent d'être décrites chez les Crabes. Certaines de ces obser- vations sont anciennes, la bibliographie fort longue est résumée dans une note en cours de publication (Bou- ligand, 1969) 121. Les exemples de telles dispositions sont nombreux dans les tissus squelettiques (cuticule des Insectes, des Crustacés, des Araignées ; tissu osseux compact des Vertébrés, tissu conjonctif de divers Invertébrés). Chez certains Protozoaires Fla- gellés et chez les Bactéries, le matériel héréditaire est constitué d'acide désoxyribonucléique à peu près pur et très concentré, formant des corpuscules de nature chromosomique. On observe souvent des séries d'arceaux sur les coupes de ces chromosomes.

Pour tous ces exemples, les auteurs étaient restés réservés sur leur interprétation ou bien avaient admis que les filaments étaient authentiquement recourbés.

On doit noter que des matériels non biologiques tels que les polyéthylènes donnent des fractures qui montrent des séries d'arceaux lorsqu'on les examine sur réplique (Keller et O'Connor, 1958) [19]. Ces matériels si différents par leur nature présentent un mode d'organisation commun ; il est dès lors évident que l'on a affaire à un phénomène physique (').

Les considérations d'ordre géométrique nous ont conduit à un modèle identique à celui qui est adopté aujourd'hui pour rendre compte des propriétés optiques des phases cholestériques (pouvoir rotatoire considé- rable et réflexion de lumière polarisée circulaire pour la bande des longueurs d'onde correspondant à l'in- version du pouvoir rotatoire). Nous pouvons rap- procher un grand nombre de nos observations de

(1)

Ce point de vue m'a été confirmé par Dr R.-Ph. Dollfus qui a été le premier

me parler de lumière polarisée circulaire

qu'il trouve ici mes respectueux remerciements

je remercie éga- lement les Drs C. Robinson et Ch. Neville

je dois d'avoir complété cette information.

1. Les virgules des gouttes à surface libre décrites par Grandjean et Friedel (1922, p. 422) [15] sont comparables aux arceaux et présentent les mêmes élé- ments de symétrie. Les plans de Grandjean semblent donc interrompus par la surface libre de la goutte, de même que les strates de la cuticule des Crabes peuvent rencontrer obliquement la limite de la cara- pace, matérialisée par I'épicuticule. Robinson (1956) [32] a étudié les mésophases cholestériques, données par des polypeptides de synthèse ; cet auteur publie des micrographies mises au point sur les faces infé- rieure ou supérieure de la cuve ; on obtient des spi- rales doubles qui ressemblent de très près aux inter- sections des tubercules de Crabe par des plans perpen- diculaires à leurs axes. Tout se passe comme si les sphérulites en grandissant avaient été interrompus par les limites de la cuve, sans qu'interviennent d'autres remaniements ; il serait intéressant de rechercher dans ce cas d'éventuelles séries de virgules. Si on se reporte à l'arrangement décrit par Frank (1958) 1131 pour les sphérulites observés par Robinson, dans le cas où les rayons de disclination sont voisins de l'horizontale, on comprend que les spirales doubles se correspondent deux à deux entre les deux faces et soient orientées en sens inverses.

2. Des «franges mobiles » par rotation de la platine, ont été décrites par Friedel (1922, p. 422) 1151 pour de nombreuses phases cholestériques examinées au microscope polarisant. Si on fait tourner entre polaroïdes croisés, une lame comprenant des tubercules coupés perpendiculairement à leur axe, les franges sombres représentées sur les figures (9, a,, b,, e,) vont s'éloigner du centre ou au contraire s'y évanouir.

3. Les lignes de singularité p et t, qui se propagent perpendiculairement aux strates chez les Crabes, correspondent à des disclinations déjà connues dans les cristaux liquides cholestériques. Considérons un niveau déterminé dans un plan de Grandjean et soit O le point où une ligne de disclination rencontre ce plan que nous rapporterons à deux axes rectangulaires Ox, et Ox, ; les molécules sont alignées sur des courbes homothétiques par rapport à 0 ; l'angle CD d'une tan- gente à une courbe en M (x,, x,) avec Ox, est tel que @ = 4 ^nY + ^{@,, avec tg Y}

x,/x, (Frank, 1958).

Nous avons observé les disclinations n = 1 (lignes p)

et n

1 (lignes t ) . On sait que chez certains

Insectes (Richard, 1951, p. 236) des perles de cuti-

cule peuvent apparaître soit dans les conditions

naturelles, soit en provoquant leur formation ; dans

SUR L'EXISTENCE DE « PSEUDOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES

ce cas, si la structure torsadée est répartie d'une manière régulière, il doit exister des lignes n = 2 ou n = 4 .

4. De nombreux Insectes Coléoptères présentent un bel éclat métallique évoluant entre le vert et le doré avec des nuances rouges ; la plupart d'entre eux réflé- chissent une lumière partiellement polarisée linéaire- ment. C'est le cas, par exemple, de Chrysocarabus splendens Olivier. Les Cétoines, au contraire, diffusent de la lumière polarisée circulaire (Michelson 191 1 [26] ; Mallock 1911 [24], Gaubert 1924 [16], Mathieu et Farragi 1937 [25]). L'extrémité du vecteur électrique décrit une hélice ; ce caractère démontre une dissymé- trie fondamentale dans la constitution de la cuticule.

Des propriétés identiques ont été observées également pour les mésophases cholestériques. Nous avons donc entrepris la comparaison, par la méthode des coupes, des cuticules de Chvyso~,arabus splendens et de Cetonia aurata Linné. Le matériel étant particulièrement dur, les images ne sont pas très bonnes, mais les différences observées ne sont pas douteuses (Fig. 7 def). La cuti- cule des Carabes comporte un système externe de lamelles superposées où nous n'avons détecté aucune figure en arceaux ; ces lamelles sont alternativement claires et denses aux électrons et leur aspect les rap- proche de formulations épicuticulaires. Chez les Cétoines, on trouve, en surface, un grand nombre de séries d'arceaux recouvertes par une épicuticule très mince. L'épaisseur des strates est difficile à mesurer ; on n'est jamais bien assuré de la verticalité d'une coupe ; le faisceau d'électrons provoque toujours une certaine rétraction de l'objet ; les grandissements du microscope ne sont pas connus avec une grande précision ; l'ordre de grandeur est, dans les deux cas étudiés, compris entre 0,2 et 0,3 p (Nous avons trouvé 0,26 y. pour le Carabe et 0,23 p pour la Cétoine.) Si s est la périodicité verticale observée, et k un nombre entier, la relation de Bragg sera kA/n = 2 s x sin 8 (n = indice moyen de la cuticule) ; pour des rayons se propageant perpendiculairement à la cuticule on a kl = 2 s x n. Pour k = 1, en prenant n légèrement supérieur à 1,5, on trouve A = 0,75 W. Cette longueur d'onde correspond à la teinte rouge de ces insectes lorsqu'on les regarde dorsalement; A diminue avec sin 8 ; ainsi des nuances dorées, vertes et même bleues apparaissent pour les incidences obliques. Chez les Cétoines, les strates augmentent en épaisseur au- dessous de la couche qui réfléchit de la lumière polari- sée circulaire ; elles peuvent atteindre un ou plusieurs microns chez beaucoup d'insectes. De plus, certains auteurs ont observé un pourcentage élevé de réflexion des radiations infrarouges (Duspiva et Cerny, 1934 [12], Rucker 1934 1331). Richards, 1951 [30], fait

remarquer avec raison que ce phénomène est à rappro- cher sans aucun doute de celui de la réflexion de lumière polarisée circulaire.

5. Certains microorganismes comportent des chro- mosomes formés d'acide désoxyribonucléique prati- quement pur (DNA). On sait que le DNA est le support matériel de l'hérédité ; il est distribué essentiellement dans le noyau et dans quelques organites cytoplasmi- ques. Au cours de la division cellulaire, on voit appa- raître des petits bâtonnets appelés chromosomes correspondant à des condensations de DNA étroite- ment associé à des protéines basiques, appelées 14s- tones : il se trouve que, chez les Bactéries et certains Protozoaires inférieurs, ces histones sont absentes des chromosomes (Ris 1962 [31], Dodge 1964 [IO]). On observe alors en coupe ultrafine un écheveau plus ou moins compliqué de filaments de DNA et des séries régulières d'arceaux apparaissent si la concentration est suffisamment élevée (Fig. 10,ll). Le DNA purifié en

FIG.

- Modèle possédant les propriétés géométriques des chromosomes des Péridiniens

un cordon cylindrique est divisé par des plans équidistants sur lesquels ont été tracés des segments de droite, également équidistants ; la direction ainsi définie à chaque niveau transversal tourne d'un angle petit et constant quand on passe d'un disque au suivant

un tel système coupé par des plans obliques Si ou

donne des séries d'arceaux.

Dans les chromosomes, I'orientation des filaments est moins

précise que dans ce modèle et on obtient des figures telles que

celles représentées en Si

quand la direction d'une coupe devient

de plus en plus transversale, les bandes d'arceaux gagnent beau-

coup en largeur.

C 4 -

100

BOULIGAND

iooa f

-=43 -FssL.

'@JO?

\+l -

\5!?255 -Fz3L

FIG. Ila-c.

Distinction entre la structure réelle du chromo- some et le modèle théorique

les chromosomes des Péridi- niens sont constitués presque exclusivement de DNA pur

nous avons représenté ces filaments dans un état assez désordonné correspondant

i'état général observé sur les coupes

nous ignorons si ce désordre résulte des méthodes de préparation et s'il n- recèle pas certaines relations géométriques de position que nos techniques sont impuissantes

révéler

a ) petit cube isolé, de 300 A d'arête, pris dans un chromosonle

l'arête verticale est parallèle

la direction longitudinale

ce cube est divisé en trois parallélépipèdîs rectangles,

base carrée de 100 A de hauteur

dans chacun de ces trois volumes, on peut définir une direction moyenne; b) de trois points A, B,

portés par unî droite L longitudinale, on mène les parallèles

ces directions moyennes et on les entoure des cônes d'incer- titude reprbsentant les écarts des directions réelles par rapport

ces moyennes

c) structure correspondante dans le modèle de la figure 10 où nous n'avons pas besoin de tenir compte des écarts pour expliquer l'originr des bandes d'arceaux.

solution aqueuse donne également des mésophases cholestériques (Robinson, 1961 [32] ; Spencer et coll., 1962 [37] ; Billard, 1966 ; Châtelain, 1967 ; Bouligand, 1967). Le RNA de transfert, dont la constitution révélée par les diagrammes de diffraction par les rayons X est très voisine de celle du DNA, donne, en solution concentrée, des sphérulites du type étudié par Robinson avec rayon de disclination (correspondant à n

4 dans l'étude de Frank) ; il existe également des tactoïdes avec diamètre de disclination (donc n = 2).

Les chromosomes des Péridiniens vivants, examinés au microscope polarisant entre polaroïdes croisés rétablissent la lumière ; les plans de G~andjean orientés transversalement, échappent à la résolution du micros- cope optique en général, leur épaisseur étant comprise entre 0,10 et 0,15 p. Cependant on les aperçoit pour certains matériels de pas plus élevé (Soyer, 1967) 1361 ; en utilisant une lame de quartz, teinte sensible, on observe que l'ellipsoïde des indices apparaît en section allongé parallèlement à l'axe des chromosomes. Une solution concentrée de DNA étirée selon un fil présente une biréfringence négative qui tient à l'empilement des paires de nucléotides aplaties dans une direction perpendiculaire à l'axe de la double hélice de Watson résultat classique ; la biréfringence intrinsèque néga- tive du DNA intervient ici de manière prépondé- rante puisque la biréfringence de forme ne peut être que positive. Ces considérations démontrent donc bien

que sur le vivant les filaments de DNA sont transver- saux par rapport à l'allongement du chromosome (Fig. 10). Notons que les mitochondries (organites cytoplasmiques intervenant par leurs enzymes dans les oxydations cellulaires), renferment des plages à DNA pratiquement pur et souvent très concentré.

Chez les Trypanosomes de la maladie du sommeil se trouve une mitochondrie particulièrement développée, très riche en DNA dont l'orientation est bien définie mais non torsadée (Steinert, 1960) [30] ; lorsqu'on traite dans certaines conditions les cultures de ce parasite par du bromure d'éthydium (BET), on voit apparaître des séries d'arceaux (Fig. 12) et parfois des

FIG. 12a. - Coupe d'une mitochondrie d'une culture normale de Trypanosomes ; la zone sombre correspond

la section diamétrale d'un disque constitué de DNA pur (ou

peu près)

les filaments de DNA sont ordonnés autour d'une structura médiane; b) coupe comparable correspondant

une culture traitée dans certaines conditions par du BET; on voit appa- raître des séries d'arceaux selon une direction bien déterminée

certains degrés de liberté sont offerts et permettent I'enroule- ment

son orientation rigoureuse montre que subsistent des contraintes;

coupe de sphérulite apparaissant également dans d'autres conditions avec du BET

d ) coupe oblique d'un chromosome de Péridinien dans le nucléoplasme (pour compa- raison). (D'après Delain et Riou, 1969) [8].

petits sphérulites qui, analysés sur coupe, sont ceux

décrits par Robinson (Delain et coll. 1969) 181. On sait

par ailleurs que les molécules de cette drogue trypano-

somicide s'intercalent entre les deux nucléotides d'une

même paire, la réaction pouvant atteindre un maximum

de 1 BET pour 5 paires de nucléotides (Le Pecq et

coll. 1967) [22] ; la molécule de BET intervient en

modifiant la torsion au sein de la double hélice ;

l'agencement du DNA qui est très précis dans la

mitochondrie normale est donc certainement compro-

mis après ce traitement et les degrés de liberté qui

apparaissent à la faveur de ces torsions violentes

permettent vraisemblablement à l'arrangement cho-

lestérique de se faire.

SUR L'EXISTENCE DE PSEUI IOMORPHOSES CHOLESTÉRIQUES

C 4 - IO1

Questions en suspens. -Voyons d'abord le problème de l'origine des pseudomorphoses cholestériques dans le cas des tissus squelettiques. Nous avons examiné dans ce but la face interne d'une cuticule en cours de sécrétion ; une succession complète d'états prépara- toires du matériel fibrillaire occupe une épaisseur de deux microns au contact de l'épiderme sécréteur. Cette zone dans son ensemble n'est pas une phase choles- térique authentique puisqu'elle est hétérogène ; on ne peut retenir cette hypothèse que pour un niveau particulier ; il se pourrait même très bien qu'il n'y ait pas de phase cholestérique du tout; les dernières molécules sécrétées viendraient s'adjoindre à un solide, la croissance pouvant néanmoins s'accomplir de manière torsadée (Frank, 1969) [13]. Notons qu'un travail récent (Kenchington et Flower, 1969 [20]) plaide en faveur d'une phase transitoire authentique- ment cholestérique : le revêtement cuticulaire des œufs de Mante religieuse réunis dans une même oothèque est d'abord accumulé dans des glandes et à ce stade, la sécrétion encore fluide est organisée en tactoïdes semblables à ceux étudiés par Robinson (1956) [32] ; ces derniers se réunissent et les plans de Grandjean épousent alors vraisemblablement la forme des œufs ; des phénols contribuent en présence de polyphénoloxydase à durcir la protection ainsi formée.

D'autres faits viennent compliquer la discussion : dans la cuticule des Cétoines par exemple, à partir d'une certaine profondeur, il n'y a plus de système torsadé. Les fibres chitinoprotéiques sont horizon- tales ; elles restent parallèles entre elles sur une certaine épaisseur ; elles changent brutalement de direction dans la couche suivante et les angles entre deux ni- veaux successifs prennent des valeurs variées entre 20 et 900 (Fig. 7 g). L'examen aux forts grandissements du microscope électronique ne montre aucun terme de passage pour les directions entre deux couches suc- cessives. Neville (1969) [29] a montré dans certains articles des pattes arrières du Criquet le dépôt torsadé de la cuticule pendant la nuit, alors que, pendant le jour, les éléments fibrillaires chitinoprotéiques sont orientés selon l'allongement des pattes. On obtient une pseudomorphose nématique avec intercalation çà et là de strates torsadées. Si on change les rythmes du jour et de la nuit, on obtient les modifications correspondantes dans la cuticule. Des images publiées par Frank et coll. (1955) [14] et Boyde et coll. (1969) [4] sur la structure lamellaire du tissu osseux compact des Vertébrés, on peut déduire également l'intrication de structures en contreplaqué à angle droit et de strates véritablement torsadées (des plans de Grand- jean authentiques). Nous avons vu que certaines

cuticules régulièrement torsadées peuvent présenter localement une direction privilégiée pour le dépôt des filaments ; ces dissymétries pourraient correspondre à des tensions résultant par exemple du tonus muscu- laire en rendant préférentiel l'alignement des fibrilles selon cette direction. Un champ magnétique produit le même phénomène dans un cristal liquide cholesté- rique et fait disparaître les plans de Grandjean à partir d'une certaine intensité (Durand, 1969) [Il]. Dans les apodèmes des Crabes, les fibrilles sont toutes alignées longitudinalement, c'est-à-dire selon la force résul- tante exercée par les muscles. L'interprétation est beaucoup plus difficile quand plusieurs directions préférentielles sont en présence, avec ou sans discon- tinuité brutale. Nous connaissons de nombreux arrangements réguliers, orientés alternativement à 900;

l'angle est souvent plus petit avec une orientation qui reste constante : 600, 450, et parfois 180 d'une manière assez précise (Bouligand, 1969) [2]. Notons que, bien souvent, la régulière ordonnance des canalicules verti- caux détermine ces directions privilégiées.

Ces tissus squelettiques présentent en outre toute une série de propriétés physiques et biologiques remarquables : caractère semi-conducteur des fibres (Digby, 1965) [9] ; perméabilité sélective aux ions (Digby, 1965) [9] ; piézoélectricité (Shamos, 1967 [35] ; à rapprocher d'observations sur les cristaux liquides, CE de Gennes, 1969 [17]) ; présence de prolongements cytoplasmiques très fins qui sont le siège d'activités électrophysiologiques ; localisations précises d'enzy- mes au sein des trames torsadées (Travis, 1965) [39].

Ces phénomènes interfèrent avec les forces mécaniques au cours de la mise en place des strates et de leur éventuelle minéralisation.

Le cas des chromosomes est évidemment très diffé- rent. 11 se peut que nous ayons affaire à une authentique phase cholestérique. Les conceptions de la génétique conduisent à admettre que les chromosomes sont constitués dans bien des cas par une seule molécule extrêmement longue, repliée sur elle-même un grand nombre de fois, de manière à former un petit bâtonnet ; la contrainte topologique pour le DNA de ne former qu'un seul filament ne semble pas empêcher l'enroule- ment cholestérique ; il est d'autres matériels ou de telles contraintes s'opposent à la formation des strates : la mitochondrie spéciale des Trypanosomes en culture normale ; le noyau de nombreux spermatozoïdes où l'on observe de multiples contacts du DNA avec des systèmes membranaires (Chevaillier 1966) [6].

En dehors des Péridiniens, des Bactéries et d'autres

exceptions peu nombreuses, les chromosomes chez

tous les êtres vivants renferment des histones. Ces

C 4 - 102 Y. BOULIGAND protéines basiques masquent les orientations fibrillaires

dans les coupes. Nous savons d'avance que certains types de ces chromosomes sont dépourvus d'organi- sation torsadée ; les chromosomes « lampbrush » par exemple ont une partie axiale dont le diamètre est bien inférieur à l'épaisseur d'une strate (Miller, 1965) [27].

Dans bien d'autres cas, les chromosomes sont larges et portent une spiralisation superficielle très compa- rable à celle que nous avons analysée chez les Péridi- niens. On peut raisonnablement se demander si les arrangements hélicoïdaux 6tudiés chez les chromosomes (Darlington, 1937) [7] ne trouveraient pas leur origine dans l'aptitude du DNA à donner des mésophases cholestériques.

Conclusions. - Malgré des considérations encore incertaines, nous voyons que des pseudomorphoses, et peut-être des mésophases authentiques de type cholestérique, sont présentes dans la nature vivante.

Rappelons que les pseudomorphoses nématiques sont également répandues ; on les trouve en particulier dans de nombreux tissus squelettiques (Bouligand, 1967, 1968) [2]. Divers matériels biologiques sont constitués de lamelles superposées de type myélinique ou d'autres arrangements (tubes parallèles en réseaux plus ou moins hexagonaux, sphères assemblées, etc...).

Il y a également des structures lamellaires non myéli- niques et la surface réfléchissante des Crabes nous paraît en être un exemple

Nous venons confirmer l'opinion des embryologistes (Needham, 1941) et des physico-chimistes qui ont souvent souligné que « les phases mésomorphes et les modes d'associations moléculaires qui les caracté- risent pourraient jouer un rôle fondamental dans les phénomènes de la vie » (Chatelain, 1954) [ 5 ] .

Dans le cas plus particulier des éléments torsadés, l'inclinaison des molécules d'un niveau à l'autre démontre l'assymétrie des forces qui président à cet assemblage; les configurations en a-hélice et en double-hélice par exemple rendent compte de cette dissymétrie fondamentale et de sa grande extension

(1)

A notre grand étonnement nous n'avons pas trouvé dans la bibliographie d'allusion

l'existence de groupements focaux dans des structures de type smectique chez les êtres vivants

cela peut tenir aux lacunes inévitables dans ce genre de recherches

on peut penser également que le pseudomorphisme peut succéder rapidement

la sécrétion et dans ce cas, les chances de voir apparaître des coniques focales sont pratiquement nulles (il faudrait que la surface de départ, sur laquelle est déposée la sécrétion, fasse partie d'un ensemble de Cyclides de Dupin).

On peut néanmoins obtenir des défauts qui sont assez voisins

des textures

coniques focales peuvent exister dans des phases cholestériques

celles-ci se réduisent

des stries huileuses

dans certaines régions (Friedel,

1151

nous pensons avoir observé des structures très voisines dans les carapaces de Crabe.

chez les êtres vivants. Ces agencements ont été souvent sélectionnés dans les tissus squelettiques au cours de l'évolution ; ils peuvent s'opposer en effet à des forces qui les sollicitent dans de multiples directions. Nous ignorons si la diffusion de lumière polarisée circulaire par certains Insectes intervient dans leur comporte- ment. Nous n'avons pas d'idée non plus sur la signifi- cation biologique des enroulements chromosomiques.

De toute façon, il est clair que l'arrangement choles- térique a été adopté à plusieurs reprises par le monde vivant pour satisfaire à des fonctions élaborées ; c'est en fait une règle générale, que les espèces évoluent et se différencient sous le contrôle d'une sélection qui est favorable aux agencements géométriques un peu singuliers.

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