Les scientifiques ont découvert que les vers réagissaient aux bruits aériens dans la gamme de 100 hertz à 5 kilohertz, une gamme plus large que certains vertébrés peuvent sentir. Crédit : Université du Michigan
Les espèces modèles courantes peuvent détecter les ondes sonores sans oreilles, fournissant un nouvel outil pour étudier la sensation auditive.
Selon une nouvelle étude de l’Institut des sciences de la vie de l’Université du Michigan, une espèce de ver rond largement utilisée dans la recherche biologique peut détecter et réagir au son, bien qu’elle n’ait pas d’organes ressemblant à des oreilles.
Les résultats, publiés le 22 septembre 2021, dans la revue Neurone, offrent un nouvel outil biologique pour étudier les mécanismes génétiques qui sous-tendent le sens de l’ouïe.
Les chercheurs du laboratoire de Shawn Xu au Life Sciences Institute ont utilisé Caenorhabditis elegans étudier la biologie sensorielle depuis plus de 15 ans. Lorsque son laboratoire a commencé ce travail, on pensait que ces vers d’un millimètre de long n’avaient que trois sens principaux : le toucher, l’odorat et le goût.
Le laboratoire de Xu a depuis établi que les vers ont la capacité de détecter la lumière, même s’ils n’ont pas d’yeux, ainsi que la capacité de sentir leur propre posture corporelle pendant le mouvement (également connu sous le nom de sens de la proprioception).
« Il manquait juste un autre sens primaire : la sensation auditive ou l’ouïe », a déclaré Xu, professeur de recherche au LSI et auteur principal de l’étude. “Mais l’ouïe est différente des autres sens, que l’on trouve largement dans d’autres phylums d’animaux. Il n’a été découvert que chez les vertébrés et certains arthropodes. Et la grande majorité des espèces d’invertébrés sont donc considérées comme insensibles au son. »
Les scientifiques ont découvert, cependant, que les vers réagissaient aux sons aériens de l’ordre de 100 hertz à 5 kilohertz, une gamme plus large que certains vertébrés ne peuvent le sentir. Lorsqu’une tonalité de cette gamme était jouée, les vers s’éloignaient rapidement de la source du son, démontrant qu’ils entendent non seulement la tonalité mais qu’ils sentent d’où il vient.
Les chercheurs ont mené plusieurs expériences pour s’assurer que les vers répondaient aux ondes sonores aériennes et non aux vibrations à la surface sur lesquelles les vers se reposaient. Plutôt que de « ressentir » les vibrations à travers le sens du toucher, Xu pense que les vers ressentent ces sons en agissant comme une sorte de cochlée du corps entier, la cavité en spirale remplie de liquide dans l’oreille interne des vertébrés.
Les vers ont deux types de neurones sensoriels auditifs qui sont étroitement connectés à la peau des vers. Lorsque les ondes sonores heurtent la peau des vers, elles font vibrer la peau, ce qui à son tour peut faire vibrer le fluide à l’intérieur du ver de la même manière que le fluide vibre dans une cochlée. Ces vibrations activent les neurones auditifs liés à la peau des vers, qui traduisent ensuite les vibrations en impulsions nerveuses.
Et parce que les deux types de neurones sont localisés dans différentes parties du corps du ver, le ver peut détecter la source sonore en fonction de laquelle les neurones sont activés. Ce sens peut aider les vers à détecter et à échapper à leurs prédateurs, dont beaucoup génèrent des sons audibles lors de la chasse.
La recherche soulève la possibilité que d’autres animaux sans oreilles avec un corps mou comme le ver rond C. elegans, tels que les vers plats, les vers de terre et les mollusques, puissent également détecter le son.
“Notre étude montre que nous ne pouvons pas simplement supposer que les organismes dépourvus d’oreilles ne peuvent pas détecter le son”, a déclaré Xu, qui est également professeur de physiologie moléculaire et intégrative à la faculté de médecine de l’UM.
Bien que le sens auditif des vers présente certaines similitudes avec le fonctionnement du système auditif chez les vertébrés, cette nouvelle recherche révèle des différences importantes par rapport à la façon dont les vertébrés ou les arthropodes perçoivent le son.
“Sur la base de ces différences, qui existent jusqu’au niveau moléculaire, nous pensons que le sens de l’ouïe a probablement évolué indépendamment, plusieurs fois à travers différents phylums animaux”, a déclaré Xu. « Nous savions que l’audition est très différente entre les vertébrés et les arthropodes.
« Maintenant, avec C. elegans, nous avons trouvé une autre voie différente pour cette fonction sensorielle, indiquant une évolution convergente. Cela contraste fortement avec l’évolution de la vision, qui, comme l’a proposé Charles Darwin, s’est produite assez tôt et probablement une seule fois avec un ancêtre commun.
Maintenant que tous les sens principaux ont été observés chez C. elegans, Xu et ses collègues prévoient d’approfondir les mécanismes génétiques et la neurobiologie qui entraînent ces sensations.
“Cela ouvre un tout nouveau domaine pour étudier la sensation auditive et la mécanosensation dans son ensemble”, a-t-il déclaré. “Avec ce nouvel ajout de sensation auditive, nous avons maintenant pleinement établi que tous les sens primaires se trouvent chez C. elegans, ce qui en fait un système modèle exceptionnel pour l’étude de la biologie sensorielle.”
Référence : « Le nématode C. elegans sens les sons aériens » par Adam J. Iliff, Can Wang, Elizabeth A. Ronan, Alison E. Hake, Yuling Guo, Xia Li, Xinxing Zhang, Maohua Zheng, Jianfeng Liu, Karl Grosh, R. Keith Duncan et XZ Shawn Xu, 22 septembre 2021, Neurone.
DOI : 10.1016/j.neuron.2021.08.035
Les auteurs de l’étude sont : Adam Iliff, Can Wang, Elizabeth Ronan, Alison Hake, Yuling Guo, Xia Li, Xinxing Zhang, Maohua Zheng, Karl Grosh, R. Keith Duncan et XZ Shawn Xu de l’UM ; et Jianfeng Liu de l’Université Huazhong de Science et technologie, Chine.