La recherche révèle que la pieuvre explore l’environnement marin avec des caractéristiques de détection qui sont liées de manière évolutive aux récepteurs du cerveau humain


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    Le long de leurs huit bras, les pieuvres ont des ventouses très sensibles qui permettent des explorations méthodiques du fond marin alors qu’elles recherchent de la nourriture dans une approche “goût par toucher”. Les calmars, quant à eux, utilisent une tactique très différente pour trouver leur prochain repas : se cacher patiemment jusqu’à ce qu’ils tendent une embuscade à leur proie en rafales rapides.

    Dans une analyse unique qui donne un aperçu des histoires d’origine de nouveaux traits d’animaux, une paire d’études de recherche menées par des scientifiques de l’Université de Californie à San Diego et de l’Université de Harvard a retracé les adaptations évolutives des capacités de détection des poulpes et des calmars. Les études, présentées sur la couverture du numéro du 13 avril de Nature, révèlent des liens évolutifs avec les récepteurs du cerveau humain.

    Les chercheurs du laboratoire nouvellement créé de Ryan Hibbs à la School of Biological Sciences de l’UC San Diego (anciennement basé à l’Université du Texas Southwestern Medical Center) et du laboratoire de Nicholas Bellono à Harvard ont analysé les poulpes et les calmars, des animaux connus sous le nom de céphalopodes, à travers une lentille globale qui s’étendait de la structure protéique au niveau atomique à l’ensemble de l’organisme fonctionnel. Ils se sont concentrés sur les récepteurs sensoriels en tant que site clé pour l’innovation évolutive au carrefour de l’écologie, du traitement neuronal et du comportement.

    En examinant la façon dont les pieuvres et les calmars perçoivent leur environnement marin, les chercheurs ont découvert de nouvelles familles de récepteurs sensoriels et déterminé comment ils induisent des comportements distincts dans l’environnement. Grâce à la technologie de cryo-microscopie électronique, qui utilise des températures cryogéniques pour capturer les processus et les structures biologiques de manière unique, ils ont montré que les adaptations peuvent aider à propulser de nouveaux comportements.

    “Les céphalopodes sont bien connus pour leurs organes sensoriels complexes, leurs systèmes nerveux élaborés et leurs comportements sophistiqués comparables à ceux des vertébrés complexes, mais avec une organisation radicalement différente”, a déclaré Hibbs, professeur au Département de neurobiologie. Hibbs apporte son expertise sur la structure d’une famille de protéines chez l’homme qui interviennent dans la communication entre les neurones du cerveau et d’autres zones telles qu’entre les neurones et les cellules musculaires. “Les céphalopodes fournissent des exemples frappants d’évolution convergente et divergente qui peuvent être exploités pour comprendre la base moléculaire de la nouveauté à travers les niveaux d’organisation biologique.”

    Dans une étude de Nature, les équipes de recherche ont décrit pour la première fois la structure d’un récepteur chimiotactile (c’est-à-dire chimique et tactile) de la pieuvre, que les bras de la pieuvre utilisent pour l’exploration du goût par le toucher. Ces récepteurs chimiotactiles sont similaires aux récepteurs des neurotransmetteurs du cerveau et des muscles humains, mais sont adaptés au cours de l’évolution pour aider à évaluer les sources de nourriture possibles dans l’environnement marin.

    “Chez la pieuvre, nous avons découvert que ces récepteurs chimiotactiles entrent physiquement en contact avec les surfaces pour déterminer si l’animal doit manger une source de nourriture potentielle ou la rejeter”, a déclaré Hibbs. “Grâce à sa structure, nous avons découvert que ces récepteurs sont activés par des molécules graisseuses, y compris des stéroïdes similaires au cholestérol. Grâce à des analyses évolutives, biophysiques et comportementales, nous avons montré à quel point des adaptations structurelles étonnamment nouvelles facilitent la transition du récepteur d’un rôle ancestral dans la neurotransmission à un nouveau fonction dans la chimiosensation dépendante du contact des produits chimiques environnementaux gras.

    La deuxième étude de Nature s’est concentrée sur les calmars et leur stratégie d’embuscade totalement différente pour capturer la nourriture. Les chercheurs ont combiné des expériences génétiques, physiologiques et comportementales pour découvrir une nouvelle classe d’anciens récepteurs chimiotactiles et ont déterminé une structure au sein de la classe. Ils ont également mené une analyse évolutive pour lier les adaptations des récepteurs de calmar à des expansions plus élaborées de la pieuvre. Ils ont ensuite pu placer les récepteurs chimiotactiles et ancestraux des neurotransmetteurs sur une chronologie évolutive et ont décrit comment les adaptations évolutives ont conduit au développement de nouveaux comportements.

    “Nous avons découvert une nouvelle famille de récepteurs de surface cellulaire qui offrent une perspective rare sur l’évolution de la sensation car ils représentent la transition la plus récente et la seule fonctionnellement traitable du neurotransmetteur aux récepteurs environnementaux dans l’ensemble du règne animal”, a déclaré Hibbs. “Nos structures de ces récepteurs de céphalopodes uniques jettent les bases de la compréhension mécaniste des transitions fonctionnelles majeures dans le temps évolutif profond et de l’origine de la nouveauté biologique.”

    Hibbs dit que la paire de nouvelles études offre un excellent exemple de la façon dont la curiosité pour les créatures intéressantes peut conduire à des informations importantes pour toute la biologie, à savoir comment les protéines – les éléments constitutifs de la vie – s’adaptent pour médier de nouvelles fonctions et comportements.

    “Ces études sont un excellent exemple de ce qu’est un scientifique – l’émerveillement, l’exploration et la compréhension du fonctionnement des choses”, a-t-il déclaré.

    Vidéo: https://youtu.be/WC4h_XIioAw

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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