Les chercheurs ont découvert comment le plancton marin réagit aux changements de pression et se propulse dans l’eau, à l’aide de minuscules protubérances appelées cils.
La recherchePrésenté dans eLifeen tant que prépublication révisée, a été décrite par les éditeurs comme une étude fondamentale qui aborde la question de savoir comment certains zooplanctons changent de direction en réponse à la pression, un phénomène connu sous le nom de barotaxie.
Les auteurs fournissent des preuves convaincantes que la barotaxie implique des capteurs de lumière UV dans les cellules, qui interagissent avec les motoneurones du cerveau pour activer le battement rythmique des cils. Les résultats mettent en lumière la façon dont le plancton marin détecte et répond différemment aux signaux environnementaux opposés, leur permettant de trouver l’habitat optimal entre 0 et 20 m sous la mer.
La pression hydrostatique augmente à mesure que l’eau s’approfondit, et cette pression peut fournir au plancton des informations sur la profondeur indépendamment de la disponibilité de la lumière ou de l’heure de la journée. De nombreux organismes marins sont connus pour détecter et réagir à la pression de l’eau, mais ils utilisent des mécanismes de détection de pression très différents.
« Les poissons ont une vessie natatoire remplie de gaz qui leur permet de ressentir la pression, et certaines espèces de crabes ont de minuscules poils censés agir comme des détecteurs de pression », explique l’auteur principal Luis Bezares-Calderón, chercheur postdoctoral au Living Systems Institute de l’Université d’Exeter. , Royaume-Uni « On ne sait pas lequel, le cas échéant, des différents mécanismes de détection de pression observés dans la vie marine est utilisé par des animaux planctoniques beaucoup plus petits. »
Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé des larves d’un ver marin, appelé Platynereis dumerilii, qui sont équipées d’une bande de minuscules cils qu’elles utilisent pour nager. Les larves battent leurs cils pour nager de haut en bas entre différentes profondeurs d’eau, où elles finissent par s’installer sur les herbiers marins proches de la côte. Le mécanisme par lequel les larves sont guidées par la lumière dans leur environnement est bien compris, ce qui en fait un modèle idéal pour en savoir plus sur la détection de la pression de l’eau.
Pour surveiller la façon dont les larves de plancton réagissent à la pression, l’équipe a construit une chambre à eau sur mesure dans laquelle elle pouvait contrôler avec précision la pression de l’eau. Ils ont constaté que les larves réagissent à une pression accrue en nageant vers le haut plus rapidement et selon une trajectoire plus droite.
Des niveaux de pression plus élevés ont amené les larves à se déplacer plus haut dans la chambre et à augmenter la rectitude de leur nage. De plus, l’augmentation de la nage vers le haut était directement liée à l’ampleur de l’augmentation de la pression, ce qui suggère que les larves détectent les changements de pression de l’eau plutôt qu’un niveau de pression spécifique.
Pour comprendre le mécanisme de ce changement dans le comportement de nage, l’équipe a étudié l’effet de la pression sur la vitesse à laquelle les larves battent leurs cils. Ils ont constaté que la fréquence moyenne des battements augmentait dès que la pression était appliquée, ce qui suggère que les larves réagissent à une pression plus élevée en utilisant leurs cils pour les propulser vers le haut.
Alors, comment ressentent-ils ce changement de pression ? Pour identifier les cellules sensibles à la pression, l’équipe a utilisé l’imagerie et un marqueur fluorescent pour examiner l’activité nerveuse au microscope. Cela a permis d’identifier un groupe de quatre cellules au milieu du cerveau dont l’activité nerveuse augmentait lorsque la pression augmentait. Ces cellules ressemblaient en forme, en nombre, en taille et en position aux cellules « photoréceptrices » précédemment identifiées qui aident le plancton à répondre à la lumière.
« Cela nous a conduit à la découverte inattendue que les récepteurs de lumière dans les cils, précédemment sensibles à la fois aux UV et à la lumière verte, sont également activés par la pression », explique Bezares-Calderón. « Cela suggère qu’un seul type de cellule pourrait intégrer des signaux provenant de la lumière et de la pression, où la lumière UV incite le plancton à nager vers le bas, loin de la lumière, et une pression accrue le pousse à nager vers le haut. »
L’équipe a cherché à confirmer cela en supprimant un gène essentiel dans les cellules photoréceptrices appelé opsine. Comme prévu, les larves sans opsine répondaient beaucoup moins aux signaux de pression et présentaient des défauts dans les cils sensoriels.
La question restante était de savoir comment les cellules photoréceptrices convertissent les signaux de pression en mouvement physique des cils. Grâce à une carte de câblage cérébral existante pour les larves de plancton, ils ont trouvé une connexion possible avec le système de signalisation de la sérotonine du cerveau. Lorsqu’ils ont bloqué cette signalisation, cela a atténué la réponse de pression, révélant que le réseau de signalisation de la sérotonine relie les capteurs de pression du plancton à la réponse physique de nage qui en résulte.
« Notre travail donne un aperçu des mécanismes de sensation de pression et de réponse chez une larve de plancton marin », conclut l’auteur principal Gáspár Jékely, professeur de biologie moléculaire des organismes au Centre d’études sur les organismes de l’Université de Heidelberg.
« Cela suggère que l’augmentation de la pression – soit en raison des actions de la larve qui coule ou plonge, soit en raison des courants descendants – active les cellules photoréceptrices sensorielles, ce qui fait battre les cils plus rapidement d’une manière proportionnelle à l’ampleur de la pression.
« Nos résultats montrent que le plancton reçoit des signaux externes de lumière et de pression via une seule cellule sensorielle, et que ces signaux divergent ensuite dans le cerveau pour déclencher différents comportements de nage qui guident le plancton vers une position optimale dans l’eau. »
Plus d’information:
Luis Alberto Bezares Calderón et al, Mécanisme de barotaxis dans le zooplancton marin, eLife (2024). DOI : 10.7554/eLife.94306.1