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Les vers de terre sont réputés pour leur remarquable capacité de régénération, mais ce phénomène n’est pas universel chez toutes les espèces. Le mécanisme sous-jacent implique des cellules souches pluripotentes, qui sont des cellules indifférenciées capables de donner naissance aux divers types de cellules qui constituent le corps d’un ver de terre. Lorsqu'un ver de terre est sectionné, ces cellules souches sont activées au niveau du site de la blessure, proliférant et se différenciant pour remplacer le tissu manquant.
Alors que beaucoup de gens supposent que couper un ver de terre en deux donne deux organismes indépendants, cela n’est vrai que pour un sous-ensemble d’espèces. Sur les quelque 1 800 espèces de vers de terre connues, la plupart peuvent régénérer un segment postérieur à partir d’une tête coupée, mais seule une poignée peut régénérer une tête à partir d’une coupe postérieure. Par exemple, le chenille nocturne commune (Lumbricus terrestris) peut former une nouvelle queue lorsque sa tête est retirée, mais le ver noir des marais (Lumbricus variegatus) est capable de régénérer la tête et la queue, produisant un ver complet et fonctionnel.
La capacité de régénération est en outre limitée par l’étendue de la blessure et les tissus spécifiques impliqués. Les vers de terre possèdent un corps segmenté avec environ 100 à 200 segments ; les huit premiers segments abritent le système nerveux et le cœur. Seules les espèces qui conservent la capacité de régénération céphalique complète peuvent reconstruire les huit segments de la tête. Le ver noir peut régénérer toute sa tête quel que soit le nombre de segments perdus, tandis que le ver rouge (Eisenia fetida), un ver de compostage populaire, ne régénère généralement que quelques segments antérieurs.
Les organes reproducteurs de la plupart des vers de terre sont situés entre le 10e et le 13e segment. Chez des espèces telles que le ver de terre commun, la perte de ces segments ne constitue pas un obstacle à la reproduction, car le ver peut régénérer ses testicules et ses ovaires. En revanche, les wigglers rouges ne peuvent pas remplacer ces organes s'ils sont retirés, rendant l'individu stérile.
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Lorsqu'un ver de terre est sectionné après le 23ème segment, la tête peut développer une queue, mais la queue ne parvient généralement pas à régénérer une nouvelle tête. Dans certains cas, les cellules souches présentes sur le site de la blessure peuvent même produire une extrémité postérieure supplémentaire, ce qui donne un ver à deux queues et sans tête. Un tel ver peut survivre brièvement en absorbant l’oxygène directement du sol, mais sans bouche ni cerveau, il finira par mourir de faim. À l'inverse, les têtes coupées en dessous du 20ème segment peuvent régénérer les queues, mais les intestins régénérés ne parviennent souvent pas à se former correctement, une condition qui peut conduire à une constipation mortelle.
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Certains vers se divisent activement dans le cadre d'une stratégie de reproduction. Les vers noirs, par exemple, réagissent aux fluctuations de température en se fendant entre le premier et le deuxième tiers de leur corps; chaque fragment régénère ensuite la tête ou la queue manquante, complétée par les organes reproducteurs. Les minuscules vers de terre blancs Enchytraeus fragmentosus et Enchytraeus japonensis utilisent également la fission :les fragments résultants développent à la fois une tête et une queue. Cependant, une coupure accidentelle peut produire des résultats aberrants ; un fragment de tête peut générer une deuxième tête au lieu d'une queue, créant ainsi un ver bipolaire portant deux têtes.
Au-delà des annélides terrestres, certains vers aquatiques font preuve de prouesses régénératrices encore plus extraordinaires. Le ver plat d'eau douce Schmidtea mediterranea, membre du groupe planaire, est devenu un organisme modèle pour l'étude de la régénération en raison de sa capacité à reconstruire toute partie du corps perdue. Les chercheurs ont identifié des cellules souches hautement plastiques, appelées néoblastes, qui peuvent se différencier en cellules cérébrales, en cellules cutanées, en cellules intestinales, etc., à partir d'un seul progéniteur. Contrairement aux cellules souches de mammifères, qui s'engagent de manière irréversible dans une lignée, ces néoblastes conservent la capacité de générer plusieurs types de cellules tout au long de la vie du ver.