La petite raie suggère un développement précoce de la locomotion
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En étudiant une espèce de poisson connue comme la petite raie (Leucoraja erinacea), les chercheurs rapportent des comportements de marche au fond des océans ainsi que des circuits neuronaux et génétiques qui suggèrent un développement précoce de la locomotion.
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Les caricatures qui illustrent l’évolution montrent des vertébrés précoces générant des membres primordiaux lorsqu’ils se déplacent sur terre pour la première fois. Mais de nouvelles découvertes indiquent que certaines de ces premières créatures ambulatoires sont restées sous l’eau en engendrant des descendants qui présentent aujourd’hui un comportement de marche au fond de l’océan. Les résultats sont publiés dans la revue Cell.1
Sommaire
Des poissons qui marchent au fond des océans
On a généralement pensé que la capacité de marcher était évolutive lorsque les vertébrés passaient de la mer à la terre selon Jeremy Dasen, neurobiologiste spécialiste du développement au département de neuroscience et de physiologie de la New York University School. Nous avons été surpris d’apprendre que certaines espèces de poissons peuvent aussi marcher, en plus d’utiliser un programme de développement neuronal et génétique presque identique à celui utilisé par les vertébrés supérieurs incluant les humains.
Les chercheurs se sont concentrés sur le développement neuronal d’un type de poisson appelé la petite raie (Leucoraja erinacea). Apparenté aux requins et aux raies, ces poissons cartilagineux sont considérés comme les vertébrés les plus primitifs ayant peu changé par rapport à leurs ancêtres qui vivaient il y a des centaines de millions d’années.
Des petites nageoires pour marcher
Les petites raies ont deux paires de nageoires. De grandes nageoires pectorales, qu’ils utilisent pour nager et de plus petites nageoires pelviennes qu’ils utilisent pour marcher au fond de l’océan. Des recherches antérieures avaient montré que ces poissons utilisaient alternativement des mouvements gauche-droite quand ils marchaient semblables aux mouvements utilisés par les animaux qui marchent sur la terre ce qui en fait un modèle intéressant à étudier.
Les chercheurs ont utilisé une technologie appelée séquençage de l’ARN (RNA-seq) pour évaluer le répertoire des gènes qui sont exprimés dans les motoneurones de la raie. Ils ont constaté que de nombreux de ces gènes sont conservés entre les raies et les mammifères. En outre, ils ont découvert que les sous-types neuronaux qui sont essentiels pour contrôler les muscles qui régulent la flexion et le redressement des membres sont présents dans les motoneurones de la raie. Ces découvertes suggèrent que le programme génétique, qui détermine la capacité des nerfs de la moelle épinière à articuler les muscles, a en fait pris naissance des millions d’années plus tôt que nous ne le pensions selon Dasen. Ce mouvement basé sur les nageoires et les mouvements de marche utilise le même programme de développement.
Des circuits neuronaux et génétiques similaires aux mammifères
La découverte est allée au-delà des nerfs qui contrôlent les muscles. Les chercheurs ont également examiné un niveau plus élevé de circuits, les interneurones, qui se connecte aux motoneurones et leur disent d’activer les muscles. Les interneurones s’assemblent en circuits appelés générateurs de motifs centraux (CPG). Les CPG déterminent la séquence dans laquelle différents muscles sont activés en contrôlant ainsi la locomotion. Nous avons constaté que les interneurones, près d’une douzaine de types, sont également très conservés entre les raies et les mammifères terrestres selon Dasen.
L’équipe de Dasen prévoit d’utiliser les petites raies pour étudier comment les motoneurones se connectent avec d’autres types de neurones et comment ils sont régulés. Il est difficile d’étudier les circuits qui contrôlent la marche dans les organismes supérieurs comme les souris et les poussins, car il y a tellement de muscles et de types de neurones qui facilitent ce comportement selon le chercheur. Nous pensons que cette espèce servira de modèle utile pour continuer à travailler sur les nerfs qui contrôlent la marche et comment ils se développent.
