Les céphalopodes, qui comprennent le poulpe, le calmar et leurs cousins la seiche, sont capables de certains comportements vraiment charismatiques. Ils peuvent rapidement traiter les informations pour transformer la forme, la couleur et même la texture, en se fondant dans leur environnement. Ils peuvent également communiquer, montrer des signes d’apprentissage spatial et utiliser des outils pour résoudre des problèmes. Ils sont si intelligents qu’ils peuvent même s’ennuyer.
Ce n’est un secret pour personne ce qui rend cela possible : les céphalopodes ont le cerveau le plus complexe de tous les invertébrés de la planète. Ce qui reste mystérieux, cependant, c’est le processus de développement. Fondamentalement, les scientifiques se demandent depuis longtemps comment les céphalopodes obtiennent leur gros cerveau en premier lieu. Un laboratoire de Harvard qui étudie le système visuel de ces créatures au corps mou – où se concentrent les deux tiers de leur tissu de traitement central – pense qu’ils sont sur le point de le comprendre. Le processus, disent-ils, semble étonnamment familier.
Dans une étude publiée dans Biologie actuelle, des chercheurs du FAS Center for Systems Biology décrivent comment ils ont utilisé une nouvelle technique d’imagerie en direct pour observer la création de neurones dans l’embryon presque en temps réel. Ils ont ensuite pu suivre ces cellules tout au long du développement du système nerveux dans la rétine. Ce qu’ils ont vu les a surpris.
Ceci est un exemple des données d’imagerie en direct générées dans cet article. Les membranes des cellules de l’œil sont marquées avec un colorant fluorescent permettant aux chercheurs de visualiser le comportement des cellules individuelles au cours du développement. 1 crédit
Les cellules souches neurales qu’ils ont suivies se sont comportées d’une manière étrangement similaire à la façon dont ces cellules se comportent chez les vertébrés au cours du développement de leur système nerveux. Cela suggère que les vertébrés et les céphalopodes, bien qu’ils aient divergé les uns des autres il y a 500 millions d’années, utilisent non seulement des mécanismes similaires pour fabriquer leur gros cerveau, mais que ce processus et la façon dont les cellules agissent, se divisent et se façonnent peuvent essentiellement exposer le plan requis pour développer ce type de système nerveux.
« Nos conclusions étaient surprenantes, car une grande partie de ce que nous savons sur le développement du système nerveux chez les vertébrés a longtemps été considérée comme étant spéciale à cette lignée », a déclaré Kristen Koenig, membre émérite de John Harvard et auteur principal de l’étude.
« En observant le fait que le processus est très similaire, ce qu’il nous a suggéré, c’est que ces deux très grands systèmes nerveux évolués indépendamment utilisent les mêmes mécanismes pour les construire. Ce que cela suggère, c’est que ces mécanismes – ces outils – les animaux utilisent pendant le développement peut être important pour la construction de gros systèmes nerveux. »
Les scientifiques du laboratoire Koenig se sont concentrés sur la rétine d’un calmar appelé Doryteuthis pealeii, plus simplement connu sous le nom de calmar à nageoires longues. Les calmars atteignent environ un pied de long et sont abondants dans le nord-ouest de l’océan Atlantique. En tant qu’embryons, ils ont l’air adorables, avec de grosses têtes et de grands yeux.
Les chercheurs ont utilisé des techniques similaires à celles rendues populaires pour étudier des organismes modèles, comme les mouches des fruits et le poisson zèbre. Ils ont créé des outils spéciaux et utilisé des microscopes de pointe qui pouvaient prendre des images haute résolution toutes les dix minutes pendant des heures pour voir comment les cellules individuelles se comportaient. Les chercheurs ont utilisé des colorants fluorescents pour marquer les cellules afin de pouvoir les cartographier et les suivre.
Cette technique d’imagerie en direct a permis à l’équipe d’observer des cellules souches appelées cellules progénitrices neurales et leur organisation. Les cellules forment un type particulier de structure appelée épithélium pseudostratifié. Sa principale caractéristique est que les cellules sont allongées afin qu’elles puissent être densément emballées. Les chercheurs ont également vu le noyau de ces structures monter et descendre avant et après la division. Ce mouvement est important pour maintenir l’organisation des tissus et la poursuite de la croissance, ont-ils déclaré.
Ce type de structure est universel dans la façon dont les espèces de vertébrés développent leur cerveau et leurs yeux. Historiquement, il était considéré comme l’une des raisons pour lesquelles le système nerveux des vertébrés pouvait devenir si grand et si complexe. Les scientifiques ont observé des exemples de ce type d’épithélium neural chez d’autres animaux, mais le tissu de calmar qu’ils ont examiné dans ce cas était inhabituellement similaire aux tissus de vertébrés dans sa taille, son organisation et la façon dont le noyau se déplaçait.
La recherche a été dirigée par Francesca R. Napoli et Christina M. Daly, assistantes de recherche au Koenig Lab.
Ensuite, le laboratoire prévoit d’examiner comment différents types de cellules émergent dans le cerveau des céphalopodes. Koenig veut déterminer s’ils s’expriment à des moments différents, comment ils décident de devenir un type de neurone plutôt qu’un autre et si cette action est similaire d’une espèce à l’autre.
Koenig est enthousiasmé par les découvertes potentielles qui l’attendent.
« L’un des grands enseignements de ce type de travail est à quel point il est précieux d’étudier la diversité de la vie », a déclaré Koenig. « En étudiant cette diversité, vous pouvez réellement revenir à des idées fondamentales sur même notre propre développement et nos propres questions biomédicales pertinentes. Vous pouvez vraiment parler de ces questions. »
Plus d’information:
Francesca R. Napoli et al, le développement rétinien des céphalopodes montre des mécanismes de neurogenèse semblables à ceux des vertébrés, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.10.027