Les huîtres perlières


De poussière à perle

1) Mécanisme de défense: « de poussière à perle »

Dans la nature, les perles sont fabriquées entre le manteau et la coquille, dans la cavité extrapalléale. Les cellules épithéliales libèrent des constituants. Les tissus formés par ces cellules sont appelés les épithéliums. Quelques unes des particularités de ces cellules sont leur morphologie, car elles ne sont pas arrondies comme les autres cellules à cause de leur juxtaposition étroite, ou leur polarité très marquée. Ces cellules épithéliales libèrent des constituants ainsi que des ions calcium et bicarbonate qu’elles trouvent et prélèvent dans leur milieu environnemental. Grâce à ces ions, des cristaux se forment quand la solution est saturée. Ces cristaux forment des couches de nacre sur la coquille de l’huître.

Cependant, il arrive qu’un grain de sable pénètre dans l’huître. S’il se dépose sur le corps mou il est alors souvent rejeté, alors que s’il se dépose entre le manteau et la coquille il y reste. Lorsqu’un intrus est détecté, des hémocytes (cellules de défense) font accélérer la biominéralisation et la formation de nacre. Celle-ci se déposera ensuite sur l’impureté pour former une perle. Le manteau enrobe le grain de sable et ainsi, le carbonate de calcium se développe autour de celui-ci au fil du temps.


            Photo montrant la superposition des couches de nacre
            sur le grain de sable (prise d’internet)

Photo montrant la superposition des couches de nacre
sur le grain de sable (prise d’internet)

Schéma du bord ventral d’un bivalve montrant l’anatomie simplifiée du manteau  (pris d’internet)

Schéma du bord ventral d’un bivalve montrant l’anatomie simplifiée du manteau (pris d’internet)

Le carbonate de calcium est issu d’une réaction impliquant des cations Ca2+ et des ions carbonates CO32- (Ca2++CO32- -> CaCO3). Les ions carbonates se forment au sein du fluide extrapalléal grâce à une réaction chimique, impliquant des échanges entre l’hémolymphe et celui-ci. Le Ca2+ est introduit dans le fluide extrapalléal.

Schéma des réactions chimiques (pris d’internet)

Schéma des réactions chimiques (pris d’internet)

Les cristaux vont en fait se développer au sein d’une matrice organique « préformée », produite par les cellules de l’épithélium.

Les molécules ou macromolécules présentes dans les organismes vivants peuvent jouer le rôle de matrice directrice de la minéralisation (par exemple, la matrice organique de la nacre). On retrouve dans les organismes biominéralisés des dizaines de macromolécules différentes. Il y a cependant un groupe de protéines qui est unique dans tous les organismes minéralisés au carbonate de calcium : ce sont des protéines riches en résidus carboxyliques. Ces protéines semblent être la composante active de ce procédé de minéralisation.

2) Les différentes formes de cristallisation du carbonate de calcium (CaCO3)

Expérience de cristallisation du carbonate de calcium en calcite :

Matériel :
  • plaque chauffante
  • béchers
  • pinces en bois
  • ficelle et spatule
  • éthanol
  • carbonate de calcium en poudre
  • boîte de Pétri

(Toutes les photos ont été prises durant l’expérience)

Précautions : L’éthanol est très inflammable ; porter une blouse.

Le matériel aligné sur la table

Le matériel aligné sur la table

Protocole :

1ère solution (CaCO3 + H2O) :
Remplir d’eau un bécher et le faire chauffer sur la plaque jusqu’à ce que l’eau soit frémissante puis y ajouter le carbonate de calcium au fur et à mesure, jusqu’à limite de la saturation.

L’eau dans le bécher frémit grâce à la plaque chauffante

L’eau dans le bécher frémit grâce à la plaque chauffante

Faire deux prélèvements de la solution dans une boîte de Pétri que l’on laisse à l’air libre pour que la solution s’évapore et mettre la seconde dans l’étuve pour faciliter l’évaporation. Laisser le reste de la solution chauffer jusqu’à ébullition et jusqu’à ce qu’elle évapore.

2ème solution (CaCO3 + éthanol) :
Dans un bécher, mettre environ 15mL d’éthanol puis y ajouter du carbonate de calcium jusqu’à limite de la saturation et faire chauffer la solution légèrement à basse température. L’éthanol va permettre à la solution de s’évaporer plus facilement. Prélever une goutte de la solution que l’on dispose sur une lamelle et qu’on observe au microscope.
Une fois la solution finie, une partie est mise dans une boite de Pétri avec une ficelle afin que les cristaux s’y déposent.

Solution finie dans la boîte de Pétri

Solution finie dans la boîte de Pétri

Observation de la solution au microscope

Observation de la solution au microscope

La coquille est constituée de carbonate de calcium dont on distingue deux formes : la calcite, à l’extérieur, et l’aragonite (la nacre), à l’intérieur. Elles sont composées des mêmes atomes dans les mêmes proportions mais elles se distinguent par la forme de leur maille cristalline : rhomboédrique (deux tétraèdres accolés à la base) pour la calcite et orthorhombique pour l’aragonite (sous forme de parallélépipède rectangle).

Forme rhomboédrique du calcite (prise sur internet)

Forme rhomboédrique du calcite (prise sur internet)


            Forme rhomboédrique du calcite vue au muséum
            d’histoire naturelle de Genève (prise au musée)

Forme rhomboédrique du calcite vue au muséum
d’histoire naturelle de Genève (prise au musée)

Forme orthorhombique de l’aragonite (photo prise d’internet)

Forme orthorhombique de l’aragonite (photo prise d’internet)

En observant la nacre au microscope, on remarque qu’elle est composée de plusieurs couches de briques entourées de matière organique, où l’on retrouve des protéines comme les glycoprotéines (associées au sucre) ou des polysaccharides (sucres complexes). Cette structure lui permet une très grande résistance.

Aragonite au microscope (prise sur internet)

Aragonite au microscope (prise sur internet)

Calcite au microscope (prise d’internet)

Calcite au microscope (prise d’internet)

Perle d’aragonite (nacre) (prise d’internet)

Perle d’aragonite (nacre) (prise d’internet)

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