Si tu devais mettre un chapeau pour une étoile de merOù le mettrais-tu ? Au centre de votre corps ou au bout d’un de vos bras ? Et si oui, dans lequel d’entre eux ? La question, à première vue, semble stupide, mais elle aborde des questions sérieuses dans les domaines de la zoologie et de la biologie du développement qui laissent perplexes des dizaines de scientifiques depuis de nombreuses années.
Aujourd’hui, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de Stanford, dans laquelle des outils génétiques et moléculaires ont été utilisés pour cartographier les régions du corps des étoiles de mer, vient de contribuer à résoudre ce mystère. Les chercheurs ont découvert que la « tête » d’une étoile de mer n’est pas au même endroitmais cet animal a différentes régions en forme de tête situées au centre de son corps et au centre de chaque membre.
« La réponse est beaucoup plus compliquée que prévu », déclarent Laurent Formery, auteur principal de l’étude, de la Stanford School of Humanities and Sciences, et Daniel S. Rokhsar, de l’Université de Californie à Berkeley (États-Unis). Les étoiles de mer appartiennent à un groupe d’animaux appelés échinodermes. Les échinodermes et les humains sont étroitement liés, mais le cycle de vie et l’anatomie des étoiles de mer sont très différents des nôtres.
[Esta es la estrella de mar que ha derrotado al misterioso asesino del océano]
Les étoiles de mer commencent leur vie sous forme d’œufs fécondés qui éclosent en larves flottant librement. Les larves flottent dans l’océan sous forme de plancton pendant des semaines ou des mois avant s’installer au fond de l’océan pour réaliser une sorte de tour de magie : transformer son corps bilatéral (symétrique le long de la ligne médiane) en une forme d’étoile à cinq branches adulte, appelée plan corporel pentaradial.
« Cela constitue un mystère zoologique depuis des siècles », a déclaré Lowe, également chercheur au Station maritime Hopkins et auteur principal de article qui a été publié ce mercredi dans la revue Nature.
La symétrie inhabituelle à cinq axes des étoiles de mer a longtemps brouillé notre compréhension de l’évolution animale.
Cartographie des étoiles
Pour des énigmes comme celle-ci, les chercheurs mènent souvent des études comparatives pour identifier structures similaires dans des groupes d’animaux apparentés et ainsi obtenir des indices sur les événements évolutifs qui ont provoqué le trait d’intérêt.
« Le problème avec les étoiles de mer est qu’elles n’ont rien anatomiquement qui puisse être lié à un vertébré », explique Lowe. Du moins, rien à l’extérieur d’une étoile de mer. Et c’est là qu’interviennent les techniques génétiques et moléculaires.
Au cours de ses recherches, Formery a étudié développement précoce des oursins: les échinodermes, comme les étoiles de mer, qui commencent également leur vie sous forme de larves bilatérales avant de se transformer en adultes avec une symétrie quintuple. Lorsque Formery a rejoint le laboratoire de Lowe, ils ont utilisé les connaissances de Lowe sur le développement des échinodermes pour aider à résoudre le mystère du plan corporel déroutant des étoiles de mer.
L’équipe a utilisé un groupe de marqueurs moléculaires qui agissent comme des modèles pour le plan corporel d’un organisme, « indiquant » à chaque cellule à quelle région du corps elle appartient.
« Si vous enlevez la peau d’un animal et regardez les gènes impliqués dans la définition d’une tête à partir d’une queue, les mêmes gènes codent pour ces régions du corps dans tous les groupes d’animaux », explique Lowe. « Nous ignorons donc l’anatomie et demandons : y a-t-il un axe moléculaire caché sous toute cette étrange anatomie et quel est son rôle dans la formation d’un plan corporel pentaradial chez une étoile de mer ? »
Pour étudier cette question, les chercheurs ont utilisé la tomographie de l’ARN, une technique qui identifie exactement où les gènes sont exprimés dans les tissus, et l’hybridation in situ, une technique qui se concentre sur une séquence d’ARN spécifique dans une cellule.
« Nous divisons d’abord les bras de l’étoile de mer en fines tranches de la pointe au centre, de haut en bas et de gauche à droite », souligne Formery, notant que les étoiles de mer régénèrent les membres manquants. « Nous avons utilisé la tomographie d’ARN pour déterminer quels gènes étaient exprimés dans chaque tranche, puis nous avons « réassemblé » les tranches à l’aide de modèles informatiques. Cela nous a donné une carte 3D de l’expression des gènes« .
« Dans la deuxième méthode, la réaction en chaîne par hybridation in situ, nous avons coloré les tissus des étoiles de mer et inspecté visuellement les échantillons pour voir où un gène était exprimé », explique Formery. Cela a permis aux chercheurs d’examiner la configuration antéropostérieure (de la tête à la queue) du corps dans la couche de cellules la plus externe appelée ectoderme.
« Cela a été possible grâce à l’amélioration technique récente et importante du hybridation in situconnue sous le nom de réaction en chaîne d’hybridation in situ », explique Formery. « Cette nouvelle méthode offre une meilleure résolution de l’endroit où le gène est exprimé. »
La recherche a révélé que les étoiles de mer ont un territoire en forme de tête au centre de chaque « bras » et une région en forme de queue le long du périmètre. Dans une tournure inattendue, aucune partie de l’ectoderme des étoiles de mer n’exprime un programme de modèle génétique de « tige », suggérant que les étoiles de mer sont pour la plupart à plusieurs têtes.
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