Une nouvelle étude a identifié une importante analogie moléculaire qui pourrait expliquer la remarquable intelligence de ces invertébrés
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La pieuvre est un organisme exceptionnel avec un cerveau extrêmement complexe et des capacités cognitives uniques parmi les invertébrés. À tel point qu’à certains égards, il a plus en commun avec les vertébrés qu’avec les invertébrés. La complexité neurale et cognitive de ces animaux pourrait provenir d’une analogie moléculaire avec le cerveau humain, comme l’a découvert un article de recherche récemment publié dans BMC Biology et coordonné par Remo Sanges de SISSA de Trieste et par Graziano Fiorito de Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples . La recherche montre que les mêmes «gènes sauteurs» sont actifs à la fois dans le cerveau humain et dans le cerveau de deux espèces, Poulpe vulgairela pieuvre commune, et Octopus bimaculoïdes, la pieuvre californienne. Une découverte qui pourrait nous aider à comprendre le secret de l’intelligence de ces organismes fascinants.
Le séquençage du génome humain a révélé dès 2001 que plus de 45 % de celui-ci est composé de séquences appelées transposons, des « gènes sauteurs » qui, par des mécanismes moléculaires de copier-coller ou de couper-coller, peuvent « bouger » d’un point à un autre du génome d’un individu, brassant ou dupliquant. Dans la plupart des cas, ces éléments mobiles restent silencieux : ils n’ont aucun effet visible et ont perdu leur capacité de se déplacer. Certains sont inactifs parce qu’ils ont, au fil des générations, accumulé des mutations ; d’autres sont intacts, mais bloqués par les mécanismes de défense cellulaire. D’un point de vue évolutif, même ces fragments et copies brisées de transposons peuvent encore être utiles, en tant que « matière première » que l’évolution peut sculpter.
Parmi ces éléments mobiles, les plus pertinents sont ceux appartenant à la famille dite des LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), retrouvés à une centaine d’exemplaires dans le génome humain et encore potentiellement actifs. Traditionnellement, l’activité des LINE n’était qu’un vestige du passé, un vestige des processus évolutifs impliquant ces éléments mobiles, mais ces dernières années, de nouvelles preuves sont apparues montrant que leur activité est finement régulée dans le cerveau. De nombreux scientifiques pensent que les transposons LINE sont associés à des capacités cognitives telles que l’apprentissage et la mémoire : ils sont particulièrement actifs dans l’hippocampe, la structure la plus importante de notre cerveau pour le contrôle neuronal des processus d’apprentissage.
Le génome de la pieuvre, comme le nôtre, est riche en “gènes sauteurs”, dont la plupart sont inactifs. En se concentrant sur les transposons encore capables de copier-coller, les chercheurs ont identifié un élément de la famille LINE dans des parties du cerveau cruciales pour les capacités cognitives de ces animaux. La découverte, fruit de la collaboration entre la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, la Stazione Zoologica Anton Dohrn et l’Istituto Italiano di Tecnologia, a été rendue possible grâce aux techniques de séquençage de nouvelle génération, qui ont été utilisées pour analyser la composition moléculaire des gènes actifs dans le système nerveux du poulpe.
“La découverte d’un élément de la famille LINE, actif dans le cerveau des deux espèces de pieuvres, est très significative car elle vient conforter l’idée que ces éléments ont une fonction spécifique qui va au-delà du copier-coller”, explique Remo Sanges, directeur du laboratoire de génomique computationnelle au SISSA, qui a commencé à travailler sur ce projet alors qu’il était chercheur à la Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples. L’étude, publiée dans BMC Biology, a été réalisée par une équipe internationale composée de plus de vingt chercheurs du monde entier.
“J’ai littéralement sauté sur la chaise quand, au microscope, j’ai vu un très fort signal d’activité de cet élément dans le lobe vertical, la structure du cerveau qui chez la pieuvre est le siège des capacités d’apprentissage et cognitives, tout comme l’hippocampe. chez l’homme », raconte Giovanna Ponte de la Stazione Zoologica Anton Dohrn.
Selon Giuseppe Petrosino de la Stazione Zoologica Anton Dohrn et Stefano Gustincich de l’Istituto Italiano di Tecnologia “Cette similitude entre l’homme et la pieuvre qui montre l’activité d’un élément LINE dans le siège des capacités cognitives pourrait être expliquée comme un exemple fascinant d’évolution convergente, un phénomène pour lequel, chez deux espèces génétiquement éloignées, un même processus moléculaire se développe indépendamment, en réponse à des besoins similaires.”
“Le cerveau de la pieuvre est fonctionnellement analogue dans bon nombre de ses caractéristiques à celui des mammifères”, explique Graziano Fiorito, directeur du Département de biologie et d’évolution des organismes marins de la Stazione Zoologica Anton Dohrn. “Pour cette raison également, l’élément LINE identifié représente un candidat très intéressant à étudier pour améliorer nos connaissances sur l’évolution de l’intelligence.”
