Le son d’un rythme cardiaque accéléré peut instantanément envoyer des frissons dans le dos. Vous savez que le son est synonyme de problèmes. Nous sommes tellement habitués à la façon dont nos cœurs semblent refléter en permanence ce que nous ressentons que nous pouvons facilement imaginer différents cœurs qui s’emballent, souffrent ou sautent un battement.
Mais le cœur des autres animaux suit-il réellement les mêmes règles lorsqu’il est en danger ? Quand il s’agit de nos congénères vertébrés – grenouilles, chats, antilopes – la réponse est connue depuis longtemps pour être « oui ». Mais qu’en est-il des insectes ?
Selon une étude menée par des scientifiques du Centre Champalimaud pour l’inconnu à Lisbonne, au Portugal, qui a été publiée aujourd’hui (27 octobre 2021) dans la revue Biologie actuelle, les cœurs des mouches des fruits réagissent au danger de la même manière que les cœurs humains.
« Nous avons été assez surpris par ce résultat », se souvient Marta Moita, la neuroscientifique qui a mené le projet. « Nous savons que lorsque les vertébrés sont confrontés à une menace, leur système nerveux autonome entre en action, générant les changements d’activité cardiaque que nous connaissons tous. Cependant, ce système n’existe pas chez les insectes, et il n’était donc pas clair s’ils présenteraient des altérations cardiaques similaires.
Le cœur de la mouche (à gauche) – une structure minuscule composée de deux rangées de cellules – est imagé de manière non invasive pendant que la mouche marche librement sur un appareil sur mesure (à droite). Crédit : Charlotte Rosher, Moita lab, Fondation Champalimaud
L’équipe a zoomé sur le cœur de la mouche, une structure minuscule composée de deux rangées de cellules. Les chercheurs ont suivi l’activité du cœur à travers l’exosquelette transparent de la mouche pendant qu’elle se promenait en éclairant les cellules du cœur avec des molécules fluorescentes. De temps en temps, un cercle sombre en expansion apparaissait sur un grand écran devant la mouche, imitant une menace imminente.
«Étonnamment, tout comme chez les humains, le cœur de la mouche a changé son activité en fonction de la réponse de défense supposée. Si la mouche décidait de s’échapper, le cœur accélérait, mais si la mouche se figeait sur place pendant une période prolongée, son cœur ralentissait », raconte Barrios.
“Cette découverte est très intrigante”, ajoute Moita. « Comme les mouches n’ont pas de système nerveux autonome, cela signifie qu’il y a un autre mécanisme en jeu ici. La question est de savoir s’il existe une structure semblable à un système nerveux autonome dont nous ne sommes pas conscients, ou s’il y a un mécanisme entièrement différent encore à découvrir.
Un changement de cœur
Remarquablement, ce résultat inattendu n’était que le premier d’une série de révélations. Le suivant s’est produit lorsque l’équipe a examiné plus en détail l’activité du cœur.
« La structure du cœur de la mouche est très différente de la nôtre : ce n’est qu’un seul tube », explique Barrios. “Et puisque son corps est essentiellement divisé en deux compartiments scellés, le cœur pompe alternativement dans deux directions.”
L’équipe a testé si la direction de pompage changeait également en fonction de la réponse défensive de la mouche, et a découvert que dans les deux cas – fuite et congélation – le cœur pompait plus activement vers la partie avant de la mouche.
« Pomper plus de nutriments dans la section avant tout en s’échappant est logique. C’est là que se trouvent le cerveau, les jambes et les ailes, c’est donc là que se déroule l’action. Mais nous ne nous attendions pas à voir cela pendant que la mouche gèle », explique Barrios.
Selon les chercheurs, la congélation est considérée comme un comportement d’économie d’énergie. En effet, le ralentissement du cœur indique exactement cela. Mais alors, quelle était la raison pour laquelle le cœur pompait plus activement vers l’avant ? Les résultats de cette prochaine série d’expériences ont fini par saper une autre théorie scientifique largement répandue.
Geler les calories brûlées
“Nous pensions que cela signifiait que même s’il gelait, la mouche se préparait à l’action”, explique Moita. “Et que cela consommait de l’énergie pour maintenir cet état de préparation.”
Pour tester cette hypothèse, l’équipe a comparé les niveaux de sucre des mouches qui ont gelé avec les niveaux de sucre des mouches qui ont été exposées à des images neutres et n’ont donc présenté aucun comportement défensif. Les résultats ont été frappants : les mouches qui ont gelé avaient des niveaux de sucre significativement inférieurs.
“Cette découverte réfute la croyance généralement répandue selon laquelle la congélation est un état comportemental passif et économe en énergie”, affirme Moita. « Au lieu de cela, cela suggère que le gel est un état de préparation active. Maintenant, la question est : à quoi la mouche se prépare-t-elle ? Quelle est la gamme d’actions qui peuvent suivre la congélation, et comment le choix entre les actions est-il fait par le cerveau ? »
Un nouveau chemin
Ces questions rejoignent une série de nouvelles pistes de recherche soulevées par cette étude. L’un des plus urgents consiste à identifier la structure neuronale qui contrôle les réponses cardiaques au danger chez les mouches et à déchiffrer son fonctionnement.
« Comme les mouches et les humains partagent de nombreux gènes, les cœurs de mouches sont couramment utilisés pour étudier divers aspects de la cardiologie, en particulier en ce qui concerne les maladies », souligne Barrios. “Cependant, peu d’attention a été accordée à la façon dont le cœur de la mouche réagit au danger.”
« Maintenant que nous avons démontré ce nouveau point commun, nous pouvons aller de l’avant pour étudier comment cela se produit. À terme, nous espérons que les connaissances acquises sur la mouche permettront de comprendre comment le cerveau contrôle le comportement d’autres animaux, y compris les humains », conclut Moita.
Référence : « La menace induit des changements cardiaques et métaboliques qui impactent négativement la survie des mouches » par Natalia Barrios, Matheus Farias et Marta A. Moita, 27 octobre 2021, Biologie actuelle.
DOI : 10.1016/j.cub.2021.10.013
