De la première cellule à l'obtention d'un organisme différencié dans les trois dimensions de l'espace

La question centrale qu'aborde la biologie du développement consiste à comprendre comment au départ d'une cellule unique, indifférenciée, issue de la rencontre de deux gamètesgamètes, un organisme structuré dans les trois dimensions de l'espace est obtenu au terme des divisions et différenciations cellulaires prenant cours lors de l'embryogenèseembryogenèse et de la morphogenèsemorphogenèse.

En effet, pour se restreindre au monde animal, les phénomènes à l'œuvre au cours du développement embryonnaire organiseront l'organisme selon son axe antéro-postérieur (axe bouche-anusanus), son axe dorso-ventral, et son axe bilatéral (gauche-droite). On reconnaîtra ainsi le long de l'axe antéro-postérieur d'un vertébrévertébré, comme l'homme, la souris, les poissonspoissons ou le serpent, un système nerveux centralsystème nerveux central régionalisé, avec le cerveaucerveau au niveau de la tête, suivi du tronc cérébraltronc cérébral et de la moelle épinièremoelle épinière. Différents centres nerveux, différentes populations de neuronesneurones, différents nerfsnerfs s'individualisent selon leur position sur l'axe du système nerveux.

Ainsi verra-t-on par exemple chez nous douze paires de nerfs crâniens qui émanent de la base du cerveau et du tronc cérébral, et qui établissent la connexion entre différents organes et les centres nerveux qui les contrôlent pour assurer par exemple la déglutition ou la respiration. De manière similaire, la colonne vertébralecolonne vertébrale se développe comme une succession de vertèbres faisant suite au crânecrâne, et dont la forme diffère selon la position sur l'axe principal de l'organisme.

Chez les mammifèresmammifères, la première vertèbre cervicalevertèbre cervicale, l'atlas qui porteporte le crâne, adopte une morphologiemorphologie clairement distincte de la seconde, l'axis, elle-même de forme différente des vertèbres cervicales qui lui font suite, et encore des vertèbres thoraciquesvertèbres thoraciques qui portent les paires de côtes, et ainsi de suite. Cette structuration spatiale de l'organisme est mise en oeuvre progressivement au cours du temps du développement embryonnaire. Il y a donc un couplage entre le temps et l'espace du développement de l'embryonembryon. Cette structuration de l'espace dans le temps est reproductible et héritée, puisqu'elle définit, au terme de l'embryogenèse, les traits propres aux espècesespèces animales. Deux chats se ressemblent, et se distinguent clairement de deux souris. Elle est donc sous contrôle génétiquegénétique.