Modulation de la locomotion caenorhabditis elegans induite par l'environnement mécanique

Modulation of the locomotion of Caenorhabditis elegans induced by the mechanical environment

• Auteur / Autrice : Félix Lebois
• Direction : Jean-Marc Di Meglio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

physiologie

Réaction de fuite

Vitesse

Stimulation électrique

Propriétés mécaniques

Mouvement

Neurophysiologie

Locomotion

Caenorhabditis elegans

Résumé

Caenorhabditis elegans, nématode non parasitaire d'un millimètre de long, se déplace grâce à la propagation d'une onde de flexion le long de son corps. Nous décrivons un dispositif permettant le contrôle de l'environnement mécanique d'un individu unique par son confinement, en milieu liquide, entre une plaque de verre et la surface d'un gel d'agar. Nous suivons ainsi l'évolution des paramètres de la locomotion en fonction des modifications dynamiques ou graduelles du confinement. Il est possible de reproduire les deux modes de locomotion connus du ver (nage et reptation). La transition d'un mode à l'autre montre une adaptation progressive de la locomotion, qui suggère que les différents modes de locomotion consistent en des dynamiques différentes d'un même schéma d'excitation musculaire plutôt qu'en plusieurs allures distinctes. La part du toucher et de la proprioception dans la régulation de la locomotion est explorée lors de l'observation d'animaux mutants. Nous proposons un mécanisme expliquant la sélection du mode de locomotion en fonction de l'environnement mécanique, qui s'appuie sur l'observation d'une relation de dispersion liant vitesse et période des ondes de courbure et postule le maintien de la puissance maximale instantanée développée en un point du corps. Nous présentons par ailleurs un dispositif expérimental pour l'observation du comportement dans un champ électrique dont le sens est périodiquement alterné. Dans ce cas, C. Elegans alterne des phases de réorientation et des phases directionnelles durant lesquelles il descend les potentiels de manière reproductible.

Caenorhabditis elegans, a one-millimetre long, free-living nematode, moves by propagating a flexural wave along its body. Here we describe an experimental setup to control the mechanical environment of a single individual. The worm is immersed in a liquid and confined between a glass plate and the surface of an agar gel. We monitor the evolution of the locomotion parameters as a fonction of dynamical or gradual modifications of the confinement. We are able to reproduce the two modes of locomotion (swimming and crawling). The transition from one mode to another shows a continuous adaptation, suggesting that the different modes of locomotion are actually different dynamics of the same pattern of muscular excitation rather than distinct gaits. The role of touch and proprioception in the regulation of the locomotion is investigated by looking at mutants. We suggest a mechanism for the selection of the mode of locomotion as a function of the mechanical environment. This model is based on the observation of a dispersion relation linking the wave speed and the period of undulations and on the assumption that the maximal instantaneous muscle power used at a given point of the body is kept constant. In addition, we introduce an experimental setup for the observation of a single worm in a periodically alternated electric fïeld. In this case, the worm alternates between reorientation phases and directional phases during which it crawls towards the cathode in a reproducible way.