Appareil de Weber

L'appareil de Weber est une structure anatomique qui relie la vessie natatoire au système auditif chez les poissons appartenant au super-ordre Ostariophysi. Quand il est entièrement développé chez les poissons adultes, les éléments de l'appareil sont parfois dénommés osselets Weber. La présence de cette structure est l'une des caractéristiques les plus importantes des ostariophysiens pour les classer phylogénétiquement.

Anatomie d'un poisson à nageoires rayonnées : E/Vessie natatoire ; F/Appareil de Weber ; G/ oreille interne.

La structure en elle-même se compose d'un ensemble d'os provenant des quelques premières vertèbres chez l'embryon des ostariophysiens. Ces os se développent pour se connecter physiquement au système auditif, en particulier à l'oreille interne, et à la vessie natatoire[1],[2]. La structure agit comme un amplificateur des ondes sonores qui autrement seraient difficilement perceptibles par l'oreille interne.

L'anatomie et la fonction structurelle

L'appareil de Weber est un ensemble complexe d'os et d' osselets physiquement reliés antérieurement au labyrinthe auditif et, postérieurement, à l'avant de la vessie natatoire.

La structure entière est dérivée d'éléments squelettiques des quatre premières vertèbres. Ce sont:

  • Les os supraneuraux du crâne
    • des arcs neuraux modifiés, notamment une paire de claustra et de scaphia ;
    • l'intercalarium et les processus latéraux ;
    • le tripus ;
    • l’os suspensorium de la quatrième vertèbre ;
    • la parapophyse de la vertèbre numéro cinq, y compris la vertèbre elle-même et les côtes correspondantes.

En outre, une structure composée des épines neurales fusionnés forme la partie la plus dorsale de l'appareil wébérien.

La structure est en contact à l'avant avec les otolithes lageniens contenus dans le crâne et à l'arrière, avec la vessie natatoire par l'intermédiaire des côtes . Postéro-ventralement , c’est le tripus, l'os suspensorium et la troisième côte qui interagissent directement avec la chambre antérieure de la vessie natatoire[1].

L’appareil de Weber transmet des signaux auditifs perçus par la vessie natatoire, qui agit comme une caisse de résonance, au labyrinthe de l'oreille interne par l'intermédiaire des osselets. La structure agit essentiellement comme un amplificateur des ondes sonores qui autrement seraient difficilement perceptibles par l'oreille interne seule.

Les osselets de Weber ont une fonction analogue à celle des osselets de l'oreilles moyenne des mammifères, mais ils ont une origine embryologique différente et n'en sont donc pas des homologues

Embryologie

L’analyse embryologique des appareils wébériens du genre Brycon a fait la lumière sur le développement de la structure elle-même. Les éléments de l'appareil se forment à partir des vertèbres 1 à 5, parfaitement identifiables. La partie supraneurale se constitue comme un élément du crâne. Les claustra et scaphia se développent à partir des éléments élargis de l'arc neural de la première vertèbre (V1). Formés à partir de la deuxième vertèbre (V2), l’intercalarum et le processus latéral sont réduits et accolés. La côte (R1) de la troisième vertèbre (V3) se contracte et se déplace quelque peu ventralement, formant le tripus à partir d'une fusion d'une parapophyse vertébrale avec la côte elle-même. L'os suspensorium de la quatrième vertèbre (V4) conserve la forme de la côte(R2) à partir de laquelle il se développe. Les éléments restants de la cinquième vertèbre (V5), la parapophyse et la côte (R3), forment la structure postérieure de l'appareil de Weber. Les épines neurales des quatre premières vertèbres fusionnent et se compriment formant l'une des grandes structures de l'appareil[1]’[2].

Des études de l’embryologie de l’appareil de Weber ont depuis été menées sur diverses autres espèces d’ostariophysiens, leurs résultats ont donné lieu à diverses interprétations du développement (et donc de l' homologie) de la structure. Des études spécifiques ont été réalisées sur les appareils wébérien de quelques taxons sélectionnés, y compris Danio rerio[3], Rhaphiodon vulpinus[4] ou encore Corydoras paleatus[5].

Histoire évolutive

La plus ancienne description d'un appareil de Weber a été faite sur des fossiles de poissons Santanichthys diasii du Crétacé du nord-est du Brésil. L’appareil de Weber est assez développé ; Il existe un intercalarium distinct et un tripus qui sont articulées respectivement avec les deuxième et troisième vertèbres. Un scaphium peut être vu dans au moins deux échantillons. L'arc neural de la troisième vertèbre est déjà élargi et presque similaire à celui des ostariophysiens modernes. Le claustrum, élément de la structure moderne, est remarquablement absent de l'appareil wébérien chez Santanichthys diasii. Seules les quatre premières vertèbres sont impliquées dans l’appareil de Weber de Santanichthys ; Il n'y a aucun signe de développement des éléments de la cinquième vertèbre, contrairement aux ostariophysiens modernes[6].

Étymologie
Ernst Weber décrivit pour la première fois cette structure et lui donna son nom.

L’appareil de Weber est nommé d'après l'anatomiste et physiologiste allemand Ernst Heinrich Weber (1795 à 1878). qui le décrit pour la première fois en détail . Seuls quatre os avaient alors été identifiés, en particulier le claustrum, le scaphium, l’intercalarium et le tripus. Weber émit l'hypothèse qu’ils jouaient un rôle dans les fonctions auditives[7]. Au fil des ans, d'autres fonctions ont été proposés et rejetés. Le contrrôle hydrostatique fut l'une des premières suggestions alternatives à la fonction de l’appareil[8].

Notes et références
  1. Donn Eric Rosen et P. Humphry Greenwood, « Origin of the Weberian Apparatus and the Relationships of the Ostariophysan and Gonorynchiform Fishes », American Museum Novitates, New York, New York, USA, American Museum of Natural History, vol. 2428,‎
  2. (en) Terry Grande et Mario de Pinna, The evolution of the Weberian apparatus : A phylogenetic perspective, München, Germany, Verlag, coll. « Mesozoic Fishes 3 – Systematics, Paleoenvironments and Biodiversity », , 429–448 p. (ISBN 978-3-89937-053-9, BNF 39944522, lire en ligne)
  3. Terry Grande et Bruce Young, « The ontogeny and homology of the Weberian apparatus in the zebrafish Danio rerio (Ostariophysi: Cypriniformes) », Zoological Journal of the Linnean Society, The Linnaean Society, vol. 140, no 2,‎ , p. 241–254 (DOI 10.1111/j.1096-3642.2003.00097.x)
  4. Edward M. Nelson, « The swim bladder and Weberian apparatus of Rhaphiodon vulpinus Agassiz, with notes on some additional morphological features », Journal of Morphology, Wiley-Liss, Inc., A Wiley Company, vol. 84, no 34,‎ , p. 495–523 (PMID 18151916, DOI 10.1002/jmor.1050840306)
  5. Miles M. Coburn et Paul G. Grubach, « Ontogeny of the Weberian Apparatus in the Armored Catfish Corydoras paleatus (Siluriformes: Callichthyidae) », Copeia, American Society of Ichthyologists and Herpetologists, vol. 1998, no 2,‎ , p. 301–311 (DOI 10.2307/1447426, JSTOR 1447426)
  6. Arnaud Filleul et John G. Maisey, « Redescription of Santanichthys diasii (Otophysi, Characiformes) from the Albian of the Santana Formation and Comments on Its Implications for Otophysan Relationships », American Museum Novitates, New York, NY, USA, American Museum of Natural History, vol. 3455,‎
  7. (la) Ernst Heinrich Weber, De aure et auditu hominis et animalium. I — De aure animalium aquatilium, Leipzig, Germany, Gerhard Fleischer,
  8. Louis A. Krumholz, « A Comparative Study of the Weberian Ossicles in North American Ostariophysine Fishes », Copeia, American Society of Ichthyologists and Herpetologists, vol. 1943, no 1,‎ , p. 33–40 (DOI 10.2307/1437878, JSTOR 1437878)

Bibliographie
  • (la) Ernst Heinrich Weber, De aure et auditu hominis et animalium. I — De aure animalium aquatilium, Leipzig, Germany, Gerhard Fleischer,
  • (en) Terry Grande et Mario de Pinna, The evolution of the Weberian apparatus : A phylogenetic perspective, München, Germany, Verlag, coll. « Mesozoic Fishes 3 – Systematics, Paleoenvironments and Biodiversity », , 429–448 p. (ISBN 978-3-89937-053-9, BNF 39944522, lire en ligne)
  • (en) Geoffrey A. Manley, Arthur N. Popper et Richard R. Fay (Chapter by Jennifer A. Clack and Edgar Allin), Evolution of the Vertebrate Auditory System, Springer, , 415 p. (ISBN 978-0-387-21093-3, lire en ligne), « Chapter 5 : Evolution of Single- and Multiple- Ossicle Ears in Fishes and Tetrapods »
  • Nathan C. Bird et L. Patricia Hernandez, « Morphological variation in the Weberian apparatus of Cypriniformes », Journal of Morphology, Wiley-Liss, Inc., A Wiley Company, vol. 268, no 9,‎ , p. 735–757 (PMID 17591731, DOI 10.1002/jmor.10550, lire en ligne)
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