Ce que les cerveaux des pieuvres nous révèlent sur nos cerveaux

Un regard en arrière dans l'histoire de l'évolution révèle que les humains et les pieuvres ont un ancêtre commun : un être primitif, vermiforme.

Les pieuvres sont considérées comme très intelligentes, du moins parmi les invertébrés animaux. Avec d'autres céphalopodes, comme les seiches et les calmars, les pieuvres possèdent les cerveaux et les systèmes nerveux les plus complexes de tous les invertébrés. Les chercheurs se sont souvent demandé pourquoi ces mollusques étaient les seuls à avoir développé une plus grande complexité neurologique, alors que ce phénomène est typique de la plupart des vertébrés.

Ancêtre commun de l'être humain et de la pieuvre

En remontant loin dans l'histoire de l'évolution, les humains et les pieuvres ont un ancêtre commun : un être primitif, vermiforme, doté d'une intelligence minimale et d'yeux rudimentaires. De ses descendants émergèrent plus tard les deux grandes branches du règne animal, les vertébrés (avec colonne vertébrale) et les invertébrés (sans colonne vertébrale). Alors que les vertébrés développèrent des cerveaux grands et complexes dotés de capacités cognitives considérables, ce ne fut pas le cas pour les invertébrés — à l'exception des céphalopodes.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Max-Delbrück-Centrum et du Dartmouth College aux États-Unis a désormais révélé de quelle manière les cerveaux des seiches ressemblent aux cerveaux des vertébrés supérieurs. Les résultats, publiés dans la revue spécialisée Science Advances, montrent que les seiches possèdent dans leur cerveau et leurs tissus nerveux une multitude de gènes différents codant pour des microARN (miARN) — ce qui correspond à la tendance observée au cours de l'évolution des vertébrés.

«C'est donc ce qui nous relie à la pieuvre», a déclaré le coauteur de l'étude, le professeur Nikolaus Rajewsky. Cette découverte signifie probablement que les miARN jouent un rôle fondamental dans le développement de cerveaux complexes.

Les microARN comme clé de la complexité

Les miARN sont composés de pas plus de 23 nucléotides et sont de petites molécules d'ARN non codantes, simple brin, présentes dans les cellules végétales et animales. Ils jouent un rôle important dans la régulation de l'expression génique, notamment en ciblant les molécules d'ARN messager et en empêchant celles-ci de quitter le noyau cellulaire pour participer à la synthèse des protéines.

En 2019, le professeur Rajewsky lut une publication sur des analyses génétiques effectuées sur des pieuvres. Des chercheurs avaient découvert qu'une importante édition de l'ARN se produit chez ces céphalopodes — autrement dit, ils font un usage intensif de certaines enzymes capables de modifier le codage de leur ARN. «Cela m'a donné l'idée que les pieuvres ne sont pas seulement douées pour l'édition, mais qu'elles pourraient également maîtriser d'autres tours liés à l'ARN», déclara Rajewsky.

Il entreprit une collaboration avec des chercheurs de la station de recherche marine Stazione Zoologica Anton Dohrn à Naples, qui lui envoyèrent des échantillons de 18 types de tissus différents de seiches mortes. L'équipe de recherche dressa le profil de toutes les petites molécules d'ARN présentes dans ces tissus et constata que le nombre de molécules de miARN présentes avait fortement augmenté par rapport aux autres invertébrés. En particulier, 42 nouvelles familles de gènes codant pour des miARN étaient présentes dans les tissus des seiches.

90 nouvelles familles de microARN chez les pieuvres

«Il s'agit de la troisième expansion de familles de microARN la plus importante dans le règne animal et la plus importante en dehors des vertébrés», a déclaré le premier auteur de l'étude, le Dr Grygoriy Zolotarov. «Pour vous donner une idée de l'ampleur du phénomène : les huîtres, qui appartiennent également aux mollusques, n'ont acquis que cinq nouvelles familles de microARN depuis le dernier ancêtre commun qu'elles partagent avec les pieuvres — tandis que les pieuvres en ont acquis 90 !» Les huîtres, ajoute Zolotarov, ne sont «pas vraiment connues pour leur intelligence».

À l'heure actuelle, l'origine et les pressions de sélection à l'origine de ces nouveaux gènes de miARN sont inconnues. Étant donné qu'ils ont été conservés au cours de l'évolution des céphalopodes, l'équipe a conclu qu'ils sont manifestement avantageux pour les animaux et donc fonctionnellement importants. Des analyses supplémentaires de cellules d'embryons de seiches à un stade tardif ont montré que bon nombre de ces nouveaux miARN étaient exprimés principalement dans les cellules et tissus nerveux au cours du développement.

Les résultats de l'équipe suggèrent que les céphalopodes ont une Complexité cérébrale s'étaient développés de la même manière que les cerveaux des vertébrés, en utilisant beaucoup plus de miARN régulateurs pour contrôler l'activité des gènes. Des recherches supplémentaires sont toutefois nécessaires pour comprendre précisément comment fonctionnent les molécules de miARN et ce qu'elles font au cours du développement neuronal.

«Étant donné que les pieuvres ne sont pas des organismes modèles typiques, nos outils de biologie moléculaire étaient très limités», déclare le Dr Zolotarov. On ne sait donc pas encore exactement quels types de cellules expriment les nouveaux microARN. Les chercheurs prévoient désormais d'appliquer une technique développée dans le laboratoire de Rajewsky, qui doit permettre de rendre visibles les cellules du tissu de seiche au niveau moléculaire.

Vous pouvez aider tous les animaux et notre planète avec bienveillance. Choisissez la compassion dans votre assiette et dans votre verre. Adoptez le véganisme.