Selon une nouvelle étude, la complexité neuronale et cognitive de la pieuvre pourrait provenir d’une analogie moléculaire avec le cerveau humain.
Une nouvelle recherche a identifié une importante analogie moléculaire qui pourrait expliquer l’intelligence remarquable de ces fascinants invertébrés.
Un organisme exceptionnel doté d’un cerveau et de capacités cognitives extrêmement complexes fait de la pieuvre un être unique parmi les invertébrés. A tel point qu’elle ressemble plus aux vertébrés qu’aux invertébrés sous plusieurs aspects. La complexité neuronale et cognitive de ces animaux pourrait provenir d’une analogie moléculaire avec le cerveau humain, comme l’a découvert un article de recherche récemment publié dans BMC Biology et coordonné par Remo Sanges de la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) de Trieste et par Graziano Fiorito de la Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples.
Cette recherche montre que les mêmes “gènes sauteurs” sont actifs dans le cerveau humain et dans le cerveau de deux espèces, Octopus vulgarisla pieuvre commune, et Pieuvre bimaculoidesla pieuvre californienne. Une découverte qui pourrait nous aider à comprendre le secret de l’intelligence de ces organismes remarquables.
Le séquençage du génome humain a révélé dès 2001 qu’il était composé à plus de 45% de séquences appelées transposons, des “gènes sauteurs” qui, par des mécanismes moléculaires de copier-coller ou de couper-coller, peuvent se “déplacer” d’un point à un autre du génome d’un individu, en se mélangeant ou en se dupliquant.
Dans la plupart des cas, ces éléments mobiles restent silencieux : ils n’ont pas d’effets visibles et ont perdu leur capacité à se déplacer. Certains sont inactifs parce qu’ils ont, au fil des générations, accumulé des mutations ; d’autres sont intacts, mais bloqués par des mécanismes de défense cellulaire. Du point de vue de l’évolution, même ces fragments et ces copies brisées de transposons peuvent encore être utiles, en tant que “matière première” que l’évolution peut sculpter.
Dessin d’une pieuvre. Crédit : Gloria Ros
Parmi ces éléments mobiles, les plus pertinents sont ceux appartenant à la famille dite LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), présents à une centaine d’exemplaires dans le génome humain et encore potentiellement actifs. On pensait traditionnellement que l’activité des LINE n’était qu’un vestige du passé, un reste des processus évolutifs qui impliquaient ces éléments mobiles, mais ces dernières années, de nouvelles preuves sont apparues montrant que leur activité est finement régulée dans le cerveau. De nombreux scientifiques pensent que les transposons LINE sont associés à des capacités cognitives telles que l’apprentissage et la mémoire : ils sont particulièrement actifs dans l’hippocampe, la structure la plus importante de notre cerveau pour le contrôle neuronal des processus d’apprentissage.
Le génome de la pieuvre, comme le nôtre, est riche en “gènes sauteurs”, dont la plupart sont inactifs. En se concentrant sur les transposons encore capables de copier-coller, les chercheurs ont identifié un élément de la famille LINE dans des parties du cerveau cruciales pour les capacités cognitives de ces animaux. Cette découverte, fruit de la collaboration entre la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, la Stazione Zoologica Anton Dohrn et l’Istituto Italiano di Tecnologia, a été rendue possible grâce aux techniques de séquençage de nouvelle génération, qui ont été utilisées pour analyser la composition moléculaire des gènes actifs dans le système nerveux de la pieuvre.
“La découverte d’un élément de la famille LINE, actif dans le cerveau des deux espèces de pieuvres, est très significative car elle renforce l’idée que ces éléments ont une fonction spécifique qui va au-delà du copier-coller”, explique Remo Sanges, directeur du laboratoire de génomique computationnelle de SISSA, qui a commencé à travailler sur ce projet lorsqu’il était chercheur à la Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples. L’étude, publiée dans BMC Biology, a été réalisée par une équipe internationale comprenant plus de vingt chercheurs du monde entier.
“J’ai littéralement sauté sur la chaise quand, au microscope, j’ai vu un signal très fort d’activité de cet élément dans le lobe vertical, la structure du cerveau qui, chez le poulpe, est le siège de l’apprentissage et des capacités cognitives, tout comme l’hippocampe chez l’homme”, raconte Giovanna Ponte de la Stazione Zoologica Anton Dohrn.
Selon Giuseppe Petrosino, de la Stazione Zoologica Anton Dohrn, et Stefano Gustincich, de l’Istituto Italiano di Tecnologia, “cette similitude entre l’homme et la pieuvre, qui montre l’activité d’un élément LINE dans le siège des capacités cognitives, pourrait s’expliquer comme une fascinante…”.exemple d’évolution convergente, un phénomène pour lequel, chez deux espèces génétiquement éloignées, le même processus moléculaire se développe indépendamment, en réponse à des besoins similaires.”
“Le cerveau de la pieuvre est fonctionnellement analogue, dans nombre de ses caractéristiques, à celui des mammifères”, explique Graziano Fiorito, directeur du département de biologie et d’évolution des organismes marins de la Stazione Zoologica Anton Dohrn. “Pour cette raison également, l’élément LINE identifié représente un candidat très intéressant à étudier pour améliorer nos connaissances sur l’évolution de l’intelligence.”
Référence : “Identification de rétrotransposons LINE et de longs ARN non codants exprimés dans le cerveau du poulpe” par Giuseppe Petrosino, Giovanna Ponte, Massimiliano Volpe, Ilaria Zarrella, Federico Ansaloni, Concetta Langella, Giulia Di Cristina, Sara Finaurini, Monia T. Russo, Swaraj Basu, Francesco Musacchia, Filomena Ristoratore, Dinko Pavlinic, Vladimir Benes, Maria I. Ferrante, Caroline Albertin, Oleg Simakov, Stefano Gustincich, Graziano Fiorito et Remo Sanges, 18 mai 2022, BMC Biologie.
DOI: 10.1186/s12915-022-01303-5
