Les cerveaux des papillons Heliconius se sont développés alors qu’ils adoptaient un nouveau comportement de recherche de nourriture, ont découvert des scientifiques de l’Université de Bristol.
Une région de leur cerveau, connue sous le nom de corps de champignon en raison de sa forme, est deux à quatre fois plus grande que celle de leurs proches parents.
Les conclusions, publiées le 7 juillet dans Communication Naturesuggèrent que la structure et la fonction du système nerveux sont étroitement liées à la niche écologique et au comportement d’un organisme.
Le Dr Stephen Montgomery de l’École des sciences biologiques de Bristol a expliqué : « Les Heliconius sont les seuls papillons connus pour collecter et digérer le pollen, ce qui leur donne une source adulte de protéines, alors que la plupart des autres papillons obtiennent exclusivement des protéines sous forme de chenilles.
« Ce changement de régime permet à Heliconius de vivre beaucoup plus longtemps, mais ils ne collectent apparemment que le pollen d’espèces végétales spécifiques qui se produisent à de faibles densités.
« Apprendre l’emplacement de ces plantes est donc un comportement essentiel pour elles, mais pour ce faire, elles doivent vraisemblablement investir davantage dans les structures neuronales et les cellules qui soutiennent la mémoire spatiale. »
L’équipe s’est concentrée sur la relation entre l’expansion du corps du champignon, la spécialisation sensorielle et l’innovation évolutive de l’alimentation pollinique.
L’étude impliquait une synthèse unique de données comparatives sur la structure cérébrale à grande échelle, la composition cellulaire et la connectivité dans le cerveau, ainsi que des études de comportement entre les espèces.
Ils ont construit des modèles 3D du cerveau de 30 espèces d’Heliconius se nourrissant de pollen et de 11 espèces de genres étroitement apparentés, collectées à travers l’Amérique centrale et l’Amérique du Sud.
Le volume des différentes zones cérébrales a été mesuré et cartographié sur des arbres phylogénétiques (familiaux) pour estimer où se sont produits les principaux changements évolutifs dans la composition du cerveau.
Ils ont ensuite étudié les changements dans les circuits neuronaux en quantifiant le nombre de neurones dans les corps des champignons et la densité de leurs connexions, ainsi que la spécialisation sensorielle en traçant les entrées neuronales des zones cérébrales qui traitent les informations visuelles et olfactives avant de les envoyer au cerveau central. .
Enfin, en partenariat avec le Smithsonian Tropical Research Institute au Panama, ils ont mené des expériences comportementales sur des espèces clés pour évaluer si l’expansion observée du corps du champignon était corrélée à l’amélioration de l’apprentissage visuel et de la mémoire.
Un résultat frappant est la gamme remarquable de variation de la taille du corps des champignons observée parmi ces espèces étroitement apparentées dans un laps de temps évolutif relativement court. Dans l’ensemble de l’ensemble de données, la taille du corps du champignon varie de 25 fois.
Cela fournit un exemple convaincant de la façon dont des structures cérébrales spécifiques peuvent varier indépendamment au cours de l’évolution, connue sous le nom d’évolution en mosaïque, lorsqu’elles sont soumises à de fortes contraintes sélectives pour l’adaptation comportementale.
Le Dr Montgomery a ajouté : « Nous avons identifié que les changements dans la taille du corps des champignons sont dus à un nombre accru de
Les «cellules Kenyon», les neurones qui forment la majorité du corps du champignon et dont les interactions seraient à la base du stockage de la mémoire, ainsi que des entrées accrues du système visuel.
« Cette expansion et cette spécialisation visuelle des corps de champignons se sont accompagnées d’un apprentissage visuel et de capacités de mémoire améliorés. Grâce à cette synthèse de types de données, nous fournissons un exemple clair d’un nouveau comportement de recherche de nourriture coïncidant avec des adaptations dans le cerveau et les changements cognitifs associés. »
Le co-auteur principal, le Dr Antoine Couto de Bristol, a déclaré: « » L’étude révèle comment la structure cérébrale des papillons Heliconius, en particulier les corps des champignons, a subi des changements remarquables qui sont étroitement liés à leurs comportements de recherche de nourriture spécialisés.
« Ces papillons ont développé des corps de champignons plus grands avec des capacités de traitement visuel améliorées, leur permettant de discriminer des modèles visuels complexes et de conserver des souvenirs visuels sur de longues périodes. Ces découvertes mettent en évidence le lien fascinant entre l’évolution du cerveau et les adaptations comportementales dans le monde naturel. »
Le Dr Fletcher Young, également co-auteur principal, a ajouté : « Cette étude fournit une combinaison rare de données neurobiologiques et comportementales sur des espèces étroitement apparentées, révélant un exemple clair de changements évolutifs marqués dans le cerveau sur une échelle de temps relativement courte coïncidant avec une amélioration l’apprentissage visuel et les capacités de mémoire. L’identification de telles relations entre les adaptations cérébrales et les changements de comportement est cruciale pour notre compréhension de l’évolution cognitive.
Le Dr Montgomery a conclu : « Nous fournissons des preuves que la structure du cerveau peut varier de manière frappante entre des espèces même étroitement apparentées qui vivent dans les mêmes habitats.
« Dans cet exemple, l’innovation d’une suite de comportements a conduit à une expansion spectaculaire des centres d’apprentissage et de mémoire critiques dans le cerveau, et nous montrons que ces changements neuronaux se produisent simultanément avec des améliorations substantielles des capacités cognitives.
« Nous émettons l’hypothèse que ces différences de comportement reflètent soit une réponse directe à la sélection sur le comportement de recherche de nourriture, soit les informations que les papillons extraient pour l’environnement qui les entoure afin de guider leur comportement. »
Comprendre la relation entre l’anatomie du cerveau, le traitement sensoriel et le comportement de recherche de nourriture chez les papillons Heliconius pourrait également fournir des informations sur l’évolution des mécanismes d’apprentissage et de mémoire non seulement chez les insectes, mais aussi chez d’autres animaux, car la fonction et les circuits des corps de champignons partagent certaines similitudes avec les cerveaux des vertébrés. . Par conséquent, ces papillons fournissent un excellent système pour explorer la base neurale de l’apprentissage et de la mémoire avec une pertinence généralisée.
Plus d’information:
Antoine Couto et al, Expansion rapide et spécialisation visuelle des centres d’apprentissage et de mémoire dans le cerveau des papillons Heliconiini, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-39618-8