Des différences entre le cerveau des mammifères et des reptiles révélées

L’évolution des vertébrés a pris un tournant crucial il y a environ 320 millions d’années, lorsque les premiers tétrapodes sont passés de l’eau à la terre, donnant finalement naissance à trois clades majeurs : les reptiles, les oiseaux (une ramification évolutive des reptiles) et les mammifères. En raison de leur ascendance commune, les cerveaux de tous les tétrapodes partagent une architecture basale similaire établie au début de l’évolution. Cependant, la manière dont les variations de cette architecture commune contribuent aux attributs spécifiques aux clades est restée longtemps un mystère.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Institut Max Plank pour la recherche sur le cerveau à Francfort, en Allemagne, a tenté de clarifier ces problèmes en générant un atlas moléculaire du cerveau du dragon barbu australien (Pogona vitticeps) et en le comparant avec celui des souris.

La croyance largement répandue était que les cerveaux des mammifères étaient constitués d’anciens cerveaux reptiliens complétés par de nouvelles caractéristiques mammifères. Cependant, l’étude a révélé que les cerveaux des mammifères et des reptiliens ont développé leurs propres types et circuits de neurones spécifiques au clade, à partir d’un ensemble ancestral commun.

« Les neurones constituent les types de cellules les plus divers du corps. Leur diversification évolutive reflète des altérations dans les processus de développement qui les produisent et peut entraîner des changements dans les circuits neuronaux auxquels ils appartiennent », a expliqué l’auteur principal de l’étude, Gilles Laurent, directeur de l’Institut Max Planck.

« Par exemple, des zones cérébrales distinctes ne fonctionnent pas de manière isolée, ce qui suggère que l’évolution de régions interconnectées, telles que le thalamus et le cortex cérébral, pourrait être corrélée d’une manière ou d’une autre. En outre, une zone cérébrale chez les reptiles et les mammifères qui dérive d’une structure ancestrale commune pourrait avoir évolué de telle manière qu’elle reste aujourd’hui ancestrale dans un clade, alors qu’elle est « moderne » dans l’autre. À l’inverse, il se pourrait que les deux clades contiennent désormais un mélange de types de neurones communs (anciens) et spécifiques (nouveaux). C’est le genre de questions auxquelles nos expériences ont tenté de répondre.

En utilisant une approche transcriptomique cellulaire qui utilise le séquençage de l’ARN unicellulaire pour détecter de grandes fractions des molécules d’ARN – ou « transcriptomes » – présentes dans les cellules individuelles, les scientifiques ont cartographié et comparé les cerveaux de P. vitticeps avec celui des souris.

« Nous avons profilé plus de 280 000 cellules du cerveau de Pogona et identifié 233 types distincts de neurones », a déclaré le premier auteur de l’étude, David Hain, étudiant diplômé du laboratoire du professeur Laurent. « L’intégration informatique de nos données avec les données de souris a révélé que ces neurones peuvent être regroupés transcriptomiquement en familles communes, qui représentent probablement des types de neurones ancestraux. »

Des analyses plus approfondies ont révélé que les neurones du thalamus peuvent être regroupés en deux domaines transcriptomiques et anatomiques, définis par leur connectivité avec d’autres régions du cerveau. Ces régions connectées ont des destins différents chez les mammifères et les reptiles, l’un d’entre eux étant très divergent. La comparaison des transcriptomes thalamiques des deux domaines a révélé que la divergence transcriptomique correspondait à celle des régions cibles.

« Cela suggère que l’identité transcriptomique neuronale reflète, au moins en partie, la connectivité à long terme d’une région à ses cibles. Puisque nous n’avons pas de cerveaux d’anciens vertébrés, reconstruire l’évolution du cerveau au cours du dernier demi-milliard d’années nécessitera de relier des données moléculaires, développementales, anatomiques et fonctionnelles très complexes d’une manière cohérente. Nous vivons une époque très excitante, car cela devient possible », a conclu le professeur Laurent.

L’étude est publiée dans la revue Science.

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Par Andreï Ionescu, Espèces-menacées.fr Rédacteur