Ce que les cerveaux des pieuvres et des humains ont en commun
Les miRNA jouent un rôle fondamental dans le développement des cerveaux complexes
Les céphalopodes comme les pieuvres, les calmars et les seiches sont des animaux très intelligents dotés de systèmes nerveux complexes. Dans "Science Advances", une équipe dirigée par Nikolaus Rajewsky du Centre Max Delbrück vient de montrer que leur évolution est liée à une expansion spectaculaire de leur répertoire de microARN.
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Si l'on remonte assez loin dans l'histoire de l'évolution, on rencontre le dernier ancêtre commun connu des humains et des céphalopodes : un animal primitif ressemblant à un ver, doté d'une intelligence minimale et de simples ocelles. Par la suite, le règne animal peut être divisé en deux groupes d'organismes : ceux qui ont une colonne vertébrale et ceux qui n'en ont pas. Alors que les vertébrés, en particulier les primates et les autres mammifères, ont développé des cerveaux larges et complexes dotés de diverses capacités cognitives, ce n'est pas le cas des invertébrés. À une exception près : les céphalopodes.
Les scientifiques se sont longtemps demandé pourquoi un système nerveux aussi complexe n'a pu se développer que chez ces mollusques. Aujourd'hui, une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Centre Max Delbrück et du Dartmouth College aux États-Unis a avancé une raison possible. Dans un article publié dans "Science Advances", ils expliquent que les pieuvres possèdent un répertoire de microARN (miRNA) massivement étendu dans leurs tissus neuraux - reflétant des développements similaires survenus chez les vertébrés. "C'est donc ce qui nous relie à la pieuvre", déclare le professeur Nikolaus Rajewsky, directeur scientifique de l'Institut de biologie médicale systémique de Berlin du Centre Max Delbrück (MDC-BIMSB), chef du laboratoire de biologie systémique des éléments de régulation des gènes et dernier auteur de l'article. Il explique que cette découverte signifie probablement que les miARN jouent un rôle fondamental dans le développement des cerveaux complexes.
En 2019, Rajewsky a lu une publication sur des analyses génétiques menées sur des pieuvres. Les scientifiques avaient découvert que beaucoup d'édition d'ARN se produisait chez ces céphalopodes - ce qui signifie qu'ils font un usage intensif de certaines enzymes capables de recoder leur ARN. "Cela m'a fait penser que les pieuvres n'étaient peut-être pas seulement douées pour l'édition, mais qu'elles pouvaient aussi avoir d'autres tours dans leur sac", se souvient Rajewsky. Il a donc entamé une collaboration avec la station de recherche marine Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples, qui lui a envoyé des échantillons de 18 types de tissus différents provenant de pieuvres mortes.
Les résultats de ces analyses ont été surprenants : "Il y avait effectivement beaucoup d'édition d'ARN en cours, mais pas dans les domaines qui nous semblent intéressants", déclare Rajewsky. La découverte la plus intéressante était en fait l'expansion spectaculaire d'un groupe bien connu de gènes ARN, les microARN. Au total, 42 nouvelles familles de miARN ont été découvertes - spécifiquement dans les tissus neuronaux et principalement dans le cerveau. Étant donné que ces gènes ont été conservés au cours de l'évolution des céphalopodes, l'équipe conclut qu'ils ont été clairement bénéfiques aux animaux et qu'ils sont donc importants sur le plan fonctionnel.
Rajewsky mène des recherches sur les miARN depuis plus de 20 ans. Au lieu d'être traduits en ARN messagers, qui fournissent les instructions pour la production de protéines dans la cellule, ces gènes codent pour de petits morceaux d'ARN qui se lient à l'ARN messager et influencent ainsi la production de protéines. Ces sites de liaison ont également été conservés tout au long de l'évolution des céphalopodes - une autre indication que ces nouveaux miARN ont une importance fonctionnelle.
Nouvelles familles de microARN
"Il s'agit de la troisième plus grande expansion de familles de microARN dans le monde animal, et de la plus grande en dehors des vertébrés", déclare l'auteur principal, Grygoriy Zolotarov, MD, un scientifique ukrainien qui a fait un stage dans le laboratoire de Rajewsky au MDC-BIMSB tout en terminant ses études de médecine à Prague, et plus tard. "Pour vous donner une idée de l'échelle, les huîtres, qui sont également des mollusques, n'ont acquis que cinq nouvelles familles de microARN depuis les derniers ancêtres qu'elles partageaient avec les pieuvres - alors que les pieuvres en ont acquis 90 !". Les huîtres, ajoute Zolotarov, ne sont pas exactement connues pour leur intelligence.
La fascination de Rajewsky pour les pieuvres a commencé il y a des années, lors d'une visite nocturne à l'aquarium de Monterey Bay, en Californie. "J'ai vu cette créature assise au fond du bassin et nous avons passé plusieurs minutes - c'est ce que je pensais - à nous regarder". Selon lui, regarder une pieuvre est très différent de regarder un poisson : "Ce n'est pas très scientifique, mais leurs yeux dégagent un sentiment d'intelligence." Les pieuvres ont des yeux "caméra" complexes similaires à ceux des humains.
Du point de vue de l'évolution, les pieuvres sont uniques parmi les invertébrés. Elles possèdent à la fois un cerveau central et un système nerveux périphérique, capable d'agir indépendamment. Si une pieuvre perd un tentacule, celui-ci reste sensible au toucher et peut encore se déplacer. La raison pour laquelle les pieuvres sont les seules à avoir développé des fonctions cérébrales aussi complexes pourrait résider dans le fait qu'elles utilisent leurs bras de manière très ciblée - comme outils pour ouvrir les coquilles, par exemple. Les pieuvres montrent également d'autres signes d'intelligence : Ils sont très curieux et peuvent se souvenir de certaines choses. Elles peuvent également reconnaître les gens et en apprécier certains plus que d'autres. Les chercheurs pensent maintenant qu'elles rêvent même, puisqu'elles changent de couleur et de structure de peau pendant leur sommeil.
Des créatures de type extraterrestre
"On dit que si vous voulez rencontrer un extraterrestre, allez plonger et devenez ami avec une pieuvre", dit Rajewsky. Il envisage maintenant de s'associer à d'autres chercheurs sur les pieuvres pour former un réseau européen qui permettra un plus grand échange entre les scientifiques. Bien que la communauté soit actuellement restreinte, M. Rajewsky affirme que l'intérêt pour les pieuvres s'accroît dans le monde entier, y compris parmi les chercheurs spécialisés dans le comportement. Selon lui, il est fascinant d'analyser une forme d'intelligence qui s'est développée de manière totalement indépendante de la nôtre. Mais ce n'est pas facile : "Si vous faites des tests avec eux en utilisant de petits en-cas comme récompenses, ils perdent rapidement tout intérêt. C'est en tout cas ce que me disent mes collègues", déclare Rajewsky.
"Les pieuvres n'étant pas des organismes modèles typiques, nos outils de biologie moléculaire étaient très limités", explique Zolotarov. "Nous ne savons donc pas encore exactement quels types de cellules expriment les nouveaux microARN". L'équipe de Rajewsky prévoit maintenant d'appliquer une technique, développée dans le laboratoire de Rajewsky, qui rendra les cellules des tissus des pieuvres visibles au niveau moléculaire.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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