Grenouille africaine à griffes

La grenouille africaine à griffes (Xenopus laevis, également appelée xénope, crapaud africain à griffes, grenouille africaine à griffes ou platane) est une espèce de grenouille aquatique africaine de la famille des Pipidae. Son nom est dérivé des trois courtes griffes sur chaque pied arrière, qu’elle utilise pour déchirer sa nourriture. Le mot Xenopus signifie « pied étrange » et laevis signifie « lisse ».

L’espèce est présente dans une grande partie de l’Afrique subsaharienne (du Nigeria et du Soudan à l’Afrique du Sud), et dans des populations isolées et introduites en Amérique du Nord, en Amérique du Sud et en Europe. Toutes les espèces de la famille des pipidés sont sans langue, sans dent et complètement aquatiques. Ils utilisent leurs mains pour pousser la nourriture dans leur bouche et dans leur gorge et une pompe hyobranchiale pour aspirer ou sucer les objets dans leur bouche. Les pipidés ont des pattes puissantes qui leur permettent de nager et de se lancer à la poursuite de leur nourriture. Ils utilisent également les griffes de leurs pattes pour déchirer les gros morceaux de nourriture. Ils n’ont pas de tympans externes, mais des disques cartilagineux sous-cutanés qui remplissent la même fonction. Ils utilisent leurs doigts sensibles et leur odorat pour trouver leur nourriture. Les pipidés sont des charognards et mangent presque tout ce qui est vivant, mourant ou mort et tout type de déchets organiques.

Description

Ces grenouilles sont abondantes dans les étangs et les rivières au sein de la partie sud-est de l’Afrique subsaharienne. Elles sont aquatiques et sont souvent de couleur gris-verdâtre. Les variétés albinos sont couramment vendues comme animaux de compagnie. Les grenouilles africaines à griffes « de type sauvage » sont également fréquemment vendues comme animaux de compagnie et sont souvent étiquetées à tort comme grenouille du Congo ou grenouille naine africaine en raison de leur coloration similaire. Elles se distinguent facilement des grenouilles naines africaines car les grenouilles africaines à griffes n’ont des palmures que sur leurs pattes arrière alors que les grenouilles naines africaines ont des palmures sur leurs quatre pattes.

Elles se reproduisent en fécondant les œufs à l’extérieur du corps de la femelle (voir reproduction des grenouilles). Parmi les sept modes d’amplexus (positions dans lesquelles les grenouilles s’accouplent), on trouve ces grenouilles se reproduisant en amplexus inguinal, où le mâle agrippe la femelle devant ses pattes arrière et la serre jusqu’à ce que les œufs sortent. Les œufs sont ensuite fécondés.

Les grenouilles à griffes sont les seuls amphibiens à posséder de véritables griffes utilisées pour grimper et déchiqueter des aliments comme les poissons ou les têtards. Elles pondent leurs œufs de l’hiver au printemps. Pendant les saisons humides et pluvieuses, elles se déplacent vers d’autres étangs ou flaques d’eau pour chercher de la nourriture. En période de sécheresse, les grenouilles à griffes peuvent s’enfouir dans la boue, devenant ainsi dormantes jusqu’à un an.

On sait que les Xenopus laevis peuvent survivre 15 ans ou plus dans la nature et 25-30 ans en captivité. Ils perdent leur peau à chaque saison et mangent la peau qu’ils ont perdue.

Bien que dépourvus de sac vocal, les mâles émettent un appel nuptial composé d’une alternance de trilles longs et courts, en contractant les muscles laryngés intrinsèques. Les femelles répondent également vocalement, signalant soit l’acceptation (un bruit de frappe), soit le rejet (tic-tac lent) du mâle. Cette grenouille a une peau lisse et glissante qui est multicolore sur le dos avec des taches de gris olive ou de brun. Le dessous est blanc crème avec une teinte jaune.

Les grenouilles mâles et femelles peuvent être facilement distinguées grâce aux différences suivantes . Les grenouilles mâles sont généralement environ 20% plus petites que les femelles, avec un corps et des pattes minces. Les mâles émettent des cris d’accouplement pour attirer les femelles, dont le son ressemble beaucoup à celui d’un criquet qui appelle sous l’eau. Les femelles sont plus grandes que les mâles, apparaissant beaucoup plus dodues avec des renflements semblables à des hanches au-dessus de leurs pattes arrière (où se trouvent leurs œufs à l’intérieur).

Les mâles et les femelles possèdent un cloaque, qui est une chambre par laquelle passent les déchets digestifs et urinaires et par laquelle se vide également l’appareil reproducteur. Le cloaque se vide par l’évent qui, chez les reptiles et les amphibiens, est une ouverture unique pour les trois systèmes.

Dans la nature

Le monogène Protopolystoma xenopodis, un parasite de la vessie urinaire de Xenopus laevis

Dans la nature, Xenopus laevis est originaire des zones humides, des étangs et des lacs à travers les régions arides/semi-arides de l’Afrique subsaharienne. Xenopus laevis et Xenopus muelleri sont présents le long de la limite occidentale du grand rift africain. Les populations de l’Afrique sub-saharienne sont généralement très familières avec cette grenouille, et certaines cultures l’utilisent comme source de protéines, comme aphrodisiaque, ou comme médicament de fertilité. Deux épidémies historiques de priapisme ont été liées à la consommation de cuisses de grenouilles ayant mangé des insectes contenant de la cantharidine.

Xenopus laevis à l’état sauvage sont couramment infectés par divers parasites, notamment des monogènes dans la vessie urinaire.

Utilisation en recherche

Les embryons et les œufs de Xenopus sont un système modèle populaire pour une grande variété d’études biologiques. Cet animal est largement utilisé en raison de sa puissante combinaison de tractabilité expérimentale et de sa relation évolutive étroite avec les humains, du moins par rapport à de nombreux organismes modèles. Pour une discussion plus complète de l’utilisation de ces grenouilles dans la recherche biomédicale, voir Xenopus.

Au début des années 1930, deux chercheurs sud-africains, Hillel Shapiro et Harry Zwarenstein, qui étaient étudiants de Lancelot Hogben à l’université du Cap, ont mis au point un test de grossesse humaine en injectant l’urine de la femme dans une grenouille Xenopus laevis. Si la grenouille ovule, la femme est enceinte. Ce test simple et fiable a été universellement utilisé tout au long des années 1930 à 1960.

Le Xenopus est depuis longtemps un outil important pour les études in vivo en biologie moléculaire, cellulaire et du développement des animaux vertébrés. Cependant, l’ampleur de la recherche sur le Xenopus provient du fait supplémentaire que les extraits acellulaires réalisés à partir du Xenopus constituent un système in vitro de premier ordre pour l’étude des aspects fondamentaux de la biologie cellulaire et moléculaire. Ainsi, le Xenopus est le seul système modèle de vertébré qui permet des analyses in vivo à haut débit de la fonction des gènes et de la biochimie à haut débit. Enfin, les ovocytes de Xenopus constituent un système de premier plan pour les études sur le transport ionique et la physiologie des canaux.

Bien que X. laevis n’ait pas le temps de génération court et la simplicité génétique généralement souhaités dans les organismes modèles génétiques, c’est un organisme modèle important en biologie du développement, biologie cellulaire, toxicologie et neurobiologie. X. laevis prend 1 à 2 ans pour atteindre la maturité sexuelle et, comme la plupart des espèces de son genre, il est tétraploïde. Il possède cependant un embryon de grande taille et facilement manipulable. La facilité de manipulation des embryons d’amphibiens leur a donné une place importante dans la biologie du développement historique et moderne. Une espèce apparentée, Xenopus tropicalis, est maintenant promue comme un modèle plus viable pour la génétique.

Roger Wolcott Sperry a utilisé X. laevis pour ses célèbres expériences décrivant le développement du système visuel. Ces expériences ont conduit à la formulation de l’hypothèse de la chimioaffinité.

Les ovocytes du Xénope constituent un système d’expression important pour la biologie moléculaire. En injectant de l’ADN ou de l’ARNm dans l’ovocyte ou l’embryon en développement, les scientifiques peuvent étudier les produits protéiques dans un système contrôlé. Cela permet une expression fonctionnelle rapide des ADN (ou ARNm) manipulés. Cela est particulièrement utile en électrophysiologie, où la facilité d’enregistrement à partir de l’ovocyte rend l’expression de canaux membranaires intéressante. L’un des défis du travail sur les ovocytes consiste à éliminer les protéines natives qui pourraient fausser les résultats, comme les canaux membranaires natifs de l’ovocyte. La traduction des protéines peut être bloquée ou l’épissage du pré-ARNm peut être modifié par injection d’oligos antisens Morpholino dans l’ovocyte (pour une distribution dans tout l’embryon) ou dans l’embryon précoce (pour une distribution uniquement dans les cellules filles de la cellule injectée).

Les extraits d’œufs de grenouilles X. laevis sont également couramment utilisés pour les études biochimiques de la réplication et de la réparation de l’ADN, car ces extraits supportent pleinement la réplication de l’ADN et d’autres processus connexes dans un environnement acellulaire qui permet une manipulation plus facile.

Le premier vertébré à avoir été cloné était une grenouille à griffes africaine, expérience pour laquelle Sir John Gurdon a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2012 « pour la découverte que les cellules matures peuvent être reprogrammées pour devenir pluripotentes ».

De plus, plusieurs grenouilles africaines à griffes étaient présentes sur la navette spatiale Endeavour (qui a été lancée dans l’espace le 12 septembre 1992) afin que les scientifiques puissent tester si la reproduction et le développement pouvaient se produire normalement en apesanteur.

Xenopus laevis est également remarquable pour son utilisation dans la première méthode largement utilisée de test de grossesse, après que Lancelot Hogben ait découvert que l’urine des femmes enceintes induisait la production d’ovocytes de X. laevis. La gonadotrophine chorionique humaine (HCG) est une hormone que l’on trouve en grande quantité dans l’urine des femmes enceintes. Aujourd’hui, la HCG disponible dans le commerce est injectée aux mâles et aux femelles de Xenopus pour induire un comportement d’accouplement et pour reproduire ces grenouilles en captivité à tout moment de l’année.

Xenopus laevis sert également de système modèle idéal pour l’étude des mécanismes de l’apoptose. En effet, l’iode et la thyroxine stimulent l’apoptose spectaculaire des cellules des branchies, de la queue et des nageoires larvaires lors de la métamorphose des amphibiens, et stimulent l’évolution de leur système nerveux transformant le têtard aquatique et végétarien en grenouille terrestre et carnivore.

Séquençage du génome

Les premiers travaux sur le séquençage du génome de X. laevis ont débuté lorsque les laboratoires de Wallingford et Marcotte ont obtenu un financement du Texas Institute for Drug and Diagnostic Development (TI3D), conjointement avec des projets financés par les National Institutes of Health. Les travaux se sont rapidement étendus pour inclure la reconstruction de novo des transcriptions de X. laevis, en collaboration avec des groupes du monde entier qui ont donné des ensembles de données de séquençage d’ARN Illumina Hi-Seq. Le séquençage du génome par les groupes Rokhsar et Harland (UC Berkeley) et par Taira et ses collaborateurs (Université de Tokyo, Japon) a donné une impulsion majeure au projet, qui, avec des contributions supplémentaires de chercheurs aux Pays-Bas, en Corée, au Canada et en Australie, a conduit à la publication de la séquence du génome et à sa caractérisation en 2016.

Base de données en ligne sur les organismes modèles

Xenbase est la base de données sur les organismes modèles (MOD) pour Xenopus laevis et Xenopus tropicalis. Xenbase héberge tous les détails et les informations de publication concernant le génome actuel de Xenopus laevis (9.1).

En tant qu’animaux de compagnie

Le Xenopus laevis a été conservé comme animal de compagnie et comme sujet de recherche dès les années 1950. Ils sont extrêmement résistants et vivent longtemps, ayant été connus pour vivre jusqu’à 20, voire 30 ans en captivité.

Les grenouilles africaines à griffes sont fréquemment étiquetées à tort comme des grenouilles naines africaines dans les animaleries. Les différences identifiables sont :

• Les grenouilles naines ont quatre pieds palmés. Les grenouilles africaines à griffes ont des pieds postérieurs palmés alors que leurs pieds antérieurs ont des doigts autonomes.
• Les grenouilles naines africaines ont des yeux positionnés sur le côté de leur tête, alors que les grenouilles africaines à griffes ont des yeux sur le dessus de leur tête.
• Les grenouilles africaines à griffes ont un museau incurvé et plat. Le museau d’une grenouille naine africaine est pointu.

Comme nuisible

Les grenouilles africaines à griffes sont des prédateurs voraces et s’adaptent facilement à de nombreux habitats. Pour cette raison, elles peuvent facilement devenir une espèce invasive nuisible. Elles peuvent se déplacer sur de courtes distances vers d’autres plans d’eau, et certaines ont même été documentées pour survivre à des gels légers. Il a été démontré qu’ils dévastent les populations indigènes de grenouilles et d’autres créatures en mangeant leurs petits.

En 2003, des grenouilles Xenopus laevis ont été découvertes dans un étang du Golden Gate Park de San Francisco. Un grand débat existe maintenant dans la région sur la façon d’exterminer ces créatures et de les empêcher de se propager. On ne sait pas si ces grenouilles ont pénétré dans l’écosystème de San Francisco en étant libérées intentionnellement ou en s’échappant dans la nature. Les responsables de San Francisco ont drainé Lily Pond et clôturé la zone pour empêcher les grenouilles de s’échapper vers d’autres étangs dans l’espoir qu’elles meurent de faim.

En raison d’incidents au cours desquels ces grenouilles ont été relâchées et ont pu s’échapper dans la nature, il est illégal de posséder, transporter ou vendre des grenouilles africaines à griffes sans permis dans les États américains suivants : Arizona, Californie, Kentucky, Louisiane, New Jersey, Caroline du Nord, Oregon, Vermont, Virginie, Hawaii, Nevada et Washington. Cependant, il est légal de posséder Xenopus laevis au Nouveau-Brunswick (Canada) et dans l’Ohio.

Des colonies sauvages de Xenopus laevis existent dans le sud du Pays de Galles, au Royaume-Uni.

La grenouille à griffes africaine peut être un vecteur important et la source initiale de Batrachochytrium dendrobatidis, un champignon chytride qui a été impliqué dans le déclin drastique des populations d’amphibiens dans de nombreuses régions du monde. Contrairement à ce qui se passe chez de nombreuses autres espèces d’amphibiens (dont la grenouille à griffes occidentale, étroitement apparentée) où ce champignon chytride provoque la maladie de la chytridiomycose, il ne semble pas affecter la grenouille à griffes africaine, ce qui en fait un porteur efficace.