Il est difficile pour la pieuvre de choisir un seul tour de fête. Il nage par propulsion à réaction, tire des produits chimiques d’encre sur ses ennemis et peut changer de peau en quelques secondes pour se fondre dans son environnement.
Une équipe de chercheurs de l’Université de l’Oregon étudie une autre caractéristique distinctive de cet animal marin à huit bras : ses capacités visuelles exceptionnelles.
Dans un nouvel article, ils présentent une carte détaillée du système visuel de la pieuvre, classant différents types de neurones dans une partie du cerveau consacrée à la vision. La carte est une ressource pour d’autres neuroscientifiques, donnant des détails qui pourraient guider de futures expériences. Et cela pourrait aussi nous apprendre quelque chose sur l’évolution des cerveaux et des systèmes visuels plus largement.
L’équipe rend compte de ses conclusions le 31 octobre à Biologie actuelle.
Le laboratoire de Cris Niell à l’UO étudie la vision, principalement chez la souris. Mais il y a quelques années, la postdoc Judit Pungor a amené une nouvelle espèce au laboratoire : la pieuvre à deux points de Californie.
Bien qu’il ne soit pas traditionnellement utilisé comme sujet d’étude en laboratoire, ce céphalopode a rapidement suscité l’intérêt des neuroscientifiques de l’UO. Contrairement aux souris, qui ne sont pas connues pour avoir une bonne vision, « les pieuvres ont un système visuel incroyable, et une grande partie de leur cerveau est dédiée au traitement visuel », a déclaré Niell. « Ils ont un œil remarquablement similaire à l’œil humain, mais après cela, le cerveau est complètement différent. »
Le dernier ancêtre commun entre les pieuvres et les humains remonte à 500 millions d’années, et les espèces ont depuis évolué dans des contextes très différents. Les scientifiques ne savaient donc pas si les parallèles dans les systèmes visuels s’étendaient au-delà des yeux, ou si la pieuvre utilisait à la place des types de neurones et de circuits cérébraux complètement différents pour obtenir des résultats similaires.
« En voyant comment l’œil de la pieuvre a évolué de manière convergente de la même manière que la nôtre, c’est cool de penser à la façon dont le système visuel de la pieuvre pourrait être un modèle pour comprendre la complexité du cerveau de manière plus générale », a déclaré Mea Songco-Casey, étudiante diplômée du laboratoire de Niell et première auteur. sur le papier. « Par exemple, y a-t-il des types de cellules fondamentales nécessaires à ce cerveau très intelligent et complexe ? »
Ici, l’équipe a utilisé des techniques génétiques pour identifier différents types de neurones dans le lobe optique de la pieuvre, la partie du cerveau consacrée à la vision.
Ils ont sélectionné six grandes classes de neurones, distingués en fonction des signaux chimiques qu’ils envoient. L’examen de l’activité de certains gènes dans ces neurones a ensuite révélé d’autres sous-types, fournissant des indices sur des rôles plus spécifiques.
Dans certains cas, les chercheurs ont identifié des groupes particuliers de neurones dans des arrangements spatiaux distinctifs, par exemple, un anneau de neurones autour du lobe optique qui signalent tous à l’aide d’une molécule appelée octopamine. Les mouches des fruits utilisent cette molécule, qui est similaire à l’adrénaline, pour augmenter le traitement visuel lorsque la mouche est active. Il pourrait donc peut-être avoir un rôle similaire chez les pieuvres.
« Maintenant que nous savons qu’il existe ce type de cellule très spécifique, nous pouvons commencer à entrer et à comprendre ce qu’il fait », a déclaré Niell.
Environ un tiers des neurones dans les données ne semblaient pas tout à fait complètement développés. Le cerveau de la pieuvre continue de croître et d’ajouter de nouveaux neurones tout au long de la vie de l’animal. Ces neurones immatures, non encore intégrés dans les circuits cérébraux, étaient le signe d’un cerveau en voie d’expansion.
Cependant, la carte n’a pas révélé d’ensembles de neurones clairement transférés à partir de cerveaux humains ou d’autres mammifères, comme les chercheurs le pensaient.
« Au niveau évident, les neurones ne se mappent pas les uns sur les autres, ils utilisent différents neurotransmetteurs », a déclaré Niell. « Mais peut-être qu’ils font les mêmes types de calculs, mais d’une manière différente. »
Pour creuser plus profondément, il faudra également mieux maîtriser la génétique des céphalopodes. Parce que la pieuvre n’a pas été traditionnellement utilisée comme animal de laboratoire, de nombreux outils utilisés pour une manipulation génétique précise chez les mouches des fruits ou les souris n’existent pas encore pour la pieuvre, a déclaré Gabby Coffing, un étudiant diplômé du laboratoire d’Andrew Kern. qui a travaillé sur l’étude.
« Il y a beaucoup de gènes pour lesquels nous n’avons aucune idée de leur fonction, car nous n’avons pas séquencé les génomes de beaucoup de céphalopodes », a déclaré Pungor. Sans données génétiques d’espèces apparentées comme point de comparaison, il est plus difficile de déduire la fonction de neurones particuliers.
L’équipe de Niell est prête à relever le défi. Ils travaillent maintenant à cartographier le cerveau de la pieuvre au-delà du lobe optique, en voyant comment certains des gènes sur lesquels ils se sont concentrés dans cette étude apparaissent ailleurs dans le cerveau. Ils enregistrent également à partir des neurones du lobe optique, pour déterminer comment ils traitent la scène visuelle.
Avec le temps, leurs recherches pourraient rendre ces mystérieux animaux marins un peu moins obscurs et éclairer un peu notre propre évolution également.
Plus d’information:
Cristopher M. Niell, Types cellulaires et architecture moléculaire du système visuel Octopus bimaculoides, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.10.015. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(22)01623-2