Contribution à l'étude du système voméronasal chez les serpents : approches comportementale, fonctionnelle et neuroanatomique

par Gheylen Daghfous

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes

Sous la direction de Vincent L. Bels.

Le président du jury était Pierre-Henri Gouyon.

Le jury était composé de Vincent L. Bels, Réjean Dubuc, Jean-Claude Rage.

Les rapporteurs étaient Xavier Bonnet, Jean Gascuel.


  • Résumé

    Les organes de Jacobson ou voméronasaux sont des organes chimiosensoriels pairs situés dans la partie antérieure du toit buccal, à la base de la cavité nasale. La plupart des vertébrés terrestres à l'exception des oiseaux, crocodiliens, mammifère marins et certains primates possèdent un système voméronasal fonctionnel. Ce système atteint son développement le plus remarquable chez les squamates (lézards et serpents). Les connexions du système voméronasal avec les cavités buccale et nasale sont très variables au sein des tétrapodes. Ils peuvent être en connexion avec la cavité buccale via le canal palatin (squamates) ou avec la cavité nasale via le canal nasal (monotrèmes et marsupiaux) ou encore avec la cavité buccale et la cavité nasale au moyen du canal naso-palatin (carnivores, rongeurs, insectivores, certains ongulés et primates). Ces organes constituent le substrat anatomique de l'olfaction voméronasale ou vomérolfaction, sens similaire à l'olfaction mais avec une sensibilité différente aux molécules odorantes, des connexions neuroanatomiques et des fonctions comportementales distinctes. Les mécanismes comportementaux permettant d'acheminer les molécules odorantes vers les organes voméronasaux, qui ne s'ouvrent pas sur l'extérieur, sont aussi divers que la structure du système voméronasal au sein des tétrapodes. Les odorants sont amenés au contact de l'épithélium sensoriel au cours de mécanismes de recherche sensorielle tels que Flehmen chez les félins et les ongulés, "nuzzling" des opossums ou pompage vasculaire des rongeurs. Chez les squamates, les odorants sont collectés dans l'environnement et acheminés vers les organes voméronasaux lors du comportement de tongue-flicking. Le groupe des serpents offre un cadre idéal pour étudier l'olfaction et la vomérolfaction ainsi que les interactions entre ces deux modalités sensorielles. Cependant, certaines questions fondamentales portant sur le fonctionnement du système voméronasal chez ces vertébrés restent encore sans réponses. En effet, malgré le nombre relativement important d'études portant sur le tongue-flicking, ce comportement reste mal connu. L'objectif de cette thèse est de comprendre le fonctionnement et le rôle de ce comportement de recherche sensorielle grâce à une approche systémique chez les serpents. Les résultats obtenus expliquent le fonctionnement précis du système langue-organe voméronasal chez les serpents et son rôle dans le cadre de la reconnaissance des proies. Les premiers résultats de neuroanatomie constituent une base intéressante qui nous permettra de caractériser le substrat neuronal et les mécanismes cellulaires qui génèrent les mouvements de la langue responsables de la collecte des molécules dans l'environnement en réponse à des stimulations olfactives. La comparaison de nos données avec celles de la littérature apporte de nouveaux éléments sur l'origine et le fonctionnement général du système voméronasal chez les tétrapodes.


  • Résumé

    The Jacobson's or vomeronasal organs (VNOs) are paired chemosensory organs situated in the anterior roof of the mouth, near the base of the nasal cavity. Most tetrapods, with the exceptions of birds, crocodilians, aquatic mammals and some primates have functional VNOs. However, these organs reach their highest development in squamate reptiles (lizards and snakes), and especially in snakes. The connections of the VNOs with the oral and nasal cavities vary among tetrapods. They can be connected to the mouth by means of the palatine duct (squamates) or with the nasal cavity by the nasal duct (monotremes and marsupials) or to both by the nasopalatine duct (carnivores, rodents, insectivores, some ungulates and primates). These organs are the anatomical substrate of vomeronasal olfaction (or vomerolfaction), a sense similar to nasal olfaction but most sensitive to high molecular weight compounds, with different neural connections and thus different behavioral roles. The behavioral mechanisms of chemical delivery to VNOs are as diverse as are the structure of the vomeronasal system among tetrapods. Vomodors are brought to the sensory epithelium during sense seeking behaviors like flehmen in felids and ungulates, nuzzling in opposums, and vascular pumping in rodents. In squamates reptiles, odors and/or vomodors are gathered in the environment and are delivered to VNOs during tongue-flicking. Snakes provide an ideal framework for studying olfaction and vomerolfaction as well as the interactions between these two sensory modalities. However, some fundamental questions related to the functioning of the vomeronasal system in these vertebrates remain unanswered. Indeed, despite the relatively large number of studies investigating various aspects of tongue-flicking (tongue morphology, muscle activity, behavioral aspects), the behavior itself remains poorly understood. The aim of this dissertation is to better understand the functioning and the behavioral role of this sensory exploration behavior in snakes. Our results provide insights into the functioning of the tongue-vomeronasal organ system in snakes and its role in prey recognition. The preliminary results of our neuroanatomical experiments set up the basis for characterizing the neural substrate and cellular mechanisms that generate the tongue movements responsible for the sampling of environmental chemicals in response to olfactory stimuli. The comparison of our data with literature data provides insights on the origin and overall functioning of the vomeronasal system in tetrapods.

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