Les pieuvres s’adaptent aux températures saisonnières en recâblant leur cerveau

Dans la grande tapisserie de la vie, la pieuvre, avec ses huit bras tordus et son intellect aiguisé, se distingue comme l’une des créatures les plus fascinantes des profondeurs. Mais sous ses couleurs vibrantes et son regard impénétrable se cache une stratégie biologique unique pour s’adapter à son environnement en constante évolution.

Contrairement à de nombreux organismes, les pieuvres ne se thermorégulent pas. Cela signifie que leurs cerveaux bien développés sont exposés et potentiellement menacés par les fluctuations de température. Pourtant, ces céphalopodes adaptables ont développé une manière intrigante de protéger leurs réseaux neuronaux des changements de température saisonniers : l’édition d’ARN.

Le rôle de l’ARN dans cet incroyable exploit

L’ARN, la molécule messagère reliant l’ADN et les protéines, est sujet à un degré exceptionnel d’édition chez la pieuvre à deux points, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Cellule. Selon les chercheurs, ce recâblage de l’information génétique pourrait être une stratégie répandue chez les poulpes et les calmars pour défendre leur cerveau contre les risques environnementaux.

« Nous pensons généralement que nos informations génétiques sont fixes, mais l’environnement peut influencer la façon dont vous codez les protéines, et chez les céphalopodes, cela se produit à grande échelle », explique l’auteur principal Joshua Rosenthal du Marine Biological Laboratory de Woods Hole, Massachusetts.

Par rapport aux mutations de l’ADN qui entraînent l’évolution au fil des générations, l’édition de l’ARN offre un moyen agile et temporaire pour les organismes individuels de s’adapter à leur environnement. C’est un processus connu pour se produire dans toutes les formes de vie, mais le recodage de l’ARN – un sous-type d’édition qui modifie la structure protéique résultante – est beaucoup plus répandu parmi les céphalopodes à corps mou comme les poulpes et les calmars.

« Le recodage de l’ARN donne aux organismes la possibilité d’exprimer un carquois diversifié de protéines quand et où ils le souhaitent », explique Rosenthal. « Chez les céphalopodes, la plupart du recodage concerne des protéines qui sont vraiment importantes pour le fonctionnement du système nerveux, donc la question naturelle est de savoir s’ils l’utilisent pour s’acclimater aux changements de leur environnement physique ? »

Comment l’étude a été menée

Désireux de percer ce mystère, l’équipe de recherche s’est lancée dans une exploration pour savoir si les pieuvres utilisent l’édition d’ARN pour contrer les changements de température, et si oui, si cette édition affecte leurs protéines cérébrales.

Les pieuvres à deux points de Californie, de petites espèces brun jaunâtre avec deux taches oculaires bleues lumineuses sous leurs vrais yeux, ont fait l’objet de leur enquête. Originaires des côtes de Californie et du Mexique, ces pieuvres, avec leurs génomes déjà séquencés, ont présenté une opportunité unique pour les chercheurs d’étudier l’édition de l’ARN en relation avec la variation de température.

Les scientifiques ont acclimaté des pieuvres adultes capturées dans la nature à des eaux chaudes (22°C) ou froides (13°C) dans des bassins du Laboratoire de biologie marine. Après plusieurs semaines, ils ont examiné les transcriptions d’ARN des deux ensembles de pieuvres, recherchant des signes d’édition d’ARN parmi plus de 60 000 sites d’édition précédemment identifiés.

Ce que l’équipe de recherche a découvert

« L’édition sensible à la température a eu lieu sur environ un tiers de nos sites – plus de 20 000 endroits individuels – donc ce n’est pas quelque chose qui se passe ici ou là ; il s’agit d’un phénomène mondial », déclare le co-auteur principal Eli Eisenberg de l’Université de Tel-Aviv, qui a géré les aspects informatiques de l’étude. « Mais cela étant dit, cela ne se produit pas de la même manière : les protéines qui sont modifiées ont tendance à être des protéines neurales, et presque tous les sites sensibles à la température sont plus fortement modifiés dans le froid. »

En approfondissant leurs découvertes, l’équipe a noté que certains types de protéines neurales, en particulier celles liées aux membranes cellulaires et aux protéines de liaison au calcium, étaient plus susceptibles d’être sensibles à la température.

Les chercheurs ont ensuite porté leur attention sur la vitesse à laquelle ces changements se produisent. En ajustant la température dans les réservoirs abritant des pieuvres juvéniles – de 14°C à 24°C et vice versa par incréments horaires de 0,5°C – ils ont mesuré l’étendue de l’édition de l’ARN à plusieurs moments. Ils ont constaté que le processus se déroule étonnamment rapidement.

«Nous n’avions aucune idée de la rapidité avec laquelle cela peut se produire: que cela prenne des semaines ou des heures», explique le premier auteur Matthew Birk, qui a dirigé le projet en tant que boursier postdoctoral au Laboratoire de biologie marine et est maintenant professeur adjoint à l’Université Saint Francis. « Nous avons pu voir des changements significatifs en moins d’un jour, et en 4 jours, ils étaient aux nouveaux niveaux d’équilibre dans lesquels vous les trouvez après un mois. »

Aller plus loin a donné encore plus de surprises

Poussant l’étude un peu plus loin, l’équipe a collaboré avec Kristen Verhey de l’Université du Michigan et Roger Sutton de Texas Tech pour comprendre comment le recodage de l’ARN affecte la fonction de la structure des protéines.

Ils se sont concentrés sur la kinésine et la synaptotagmine, deux protéines vitales pour le fonctionnement du système nerveux, et ont comparé les versions éditées et non éditées. Dans les deux cas, ils ont observé que le recodage introduisait des changements structurels dans les protéines, altérant leur fonction.

Les chercheurs ont également confirmé que l’édition d’ARN sensible à la température se produit dans la nature en réponse aux fluctuations de température saisonnières. Les poulpes sauvages, capturés en hiver par rapport à l’été, présentaient des modèles similaires d’édition d’ARN sensible à la température que ceux notés en laboratoire.

Ce modèle s’est étendu au-delà des pieuvres à deux points de Californie jusqu’à la pieuvre à deux points de Verrill, étroitement apparentée, renforçant les soupçons des chercheurs selon lesquels l’édition d’ARN sensible à la température pourrait être courante chez d’autres pieuvres et calmars.

Néanmoins, les mystères abondent encore. On ne sait toujours pas comment les pieuvres régulent l’édition de l’ARN et pourquoi l’édition est plus répandue en réponse aux températures froides.

Dans de futures recherches, les scientifiques visent à découvrir si les poulpes et autres céphalopodes utilisent le recodage de l’ARN pour s’adapter à d’autres variables environnementales, telles qu’une faible disponibilité en oxygène ou des environnements sociaux variés. Il semble que la pieuvre, avec son ARN flexible et sa remarquable capacité d’adaptation, ait encore plein de secrets à partager.

En savoir plus sur les pieuvres

Les pieuvres sont un type de mollusque appartenant à la classe des céphalopodes, qui comprend également les calmars, les seiches et les nautiles. Voici un aperçu de certains faits et caractéristiques clés de ces créatures fascinantes :

Caractéristiques physiques

Les pieuvres sont réputées pour leurs têtes bulbeuses, leurs grands yeux et leurs huit bras ornés de ventouses. Ces bras sont incroyablement habiles et forts. Ils les utilisent pour explorer leur environnement, manipuler des objets, capturer des proies et se défendre. Malgré leur apparence solide, les pieuvres sont désossées et peuvent se faufiler dans des espaces incroyablement petits.

Intelligence

Les pieuvres font partie des invertébrés les plus intelligents. Ils démontrent des comportements complexes, tels que l’utilisation d’outils, la résolution d’énigmes et la fuite des enclos. On a observé que certaines espèces utilisaient des roches et des coquillages pour construire des «forts» ou des périmètres défensifs autour de leurs repaires.

Camouflage et Défense

Les pieuvres sont des maîtres du déguisement. Ils peuvent changer la couleur et la texture de leur peau pour se fondre dans leur environnement en quelques secondes, les rendant pratiquement invisibles pour les prédateurs. S’ils sont menacés, ils peuvent également libérer un nuage d’encre noire pour confondre les prédateurs et faciliter leur fuite.

Alimentation et chasse

Les poulpes sont principalement carnivores et se nourrissent de crabes, de crevettes, de homards, de poissons et d’autres petites créatures marines. Certaines espèces plus grandes, telles que la pieuvre géante du Pacifique, sont connues pour se nourrir de requins et d’oiseaux marins. Ils utilisent généralement leurs bras puissants et leurs ventouses pour capturer leurs proies et leur bec pointu pour briser les coquilles.

Reproduction et cycle de vie

Les pieuvres ont une durée de vie relativement courte, la plupart des espèces ne vivant que quelques années. Après l’accouplement, la femelle pond des milliers à des centaines de milliers d’œufs, dont elle garde et prend soin de manière obsessionnelle. Une fois les œufs éclos, les deux parents meurent généralement peu de temps après. C’est ce qu’on appelle la reproduction par semelparité ou « big bang ».

La diversité des espèces

Il existe environ 300 espèces connues de pieuvre, allant de la petite pieuvre commune relativement commune (Octopus vulgaris) à la pieuvre géante du Pacifique (Enteroctopus dofleini), qui est la plus grande espèce de pieuvre connue. Ce dernier peut atteindre une envergure de bras allant jusqu’à 30 pieds et peser plus de 600 livres.

Habitat

Les pieuvres se trouvent dans tous les océans du monde, des eaux chaudes des tropiques aux fonds marins froids. Ils habitent une gamme de profondeurs, des eaux côtières peu profondes aux profondeurs abyssales.

Conservation

Alors que certaines espèces de poulpe sont communes et ne sont pas actuellement en danger, d’autres sont moins connues et pourraient être menacées par des facteurs tels que la destruction de l’habitat, la pollution et le changement climatique. La surpêche est également une préoccupation pour certaines espèces, car les poulpes sont capturés pour se nourrir dans de nombreuses régions du monde.

Recherche scientifique

Les pieuvres intéressent beaucoup les scientifiques en raison de leur biologie et de leur comportement uniques. Leur capacité à régénérer les bras perdus, leur système nerveux complexe, leurs capacités de camouflage sophistiquées et leurs méthodes uniques de manipulation de l’ARN ne sont que quelques-uns des domaines étudiés par les chercheurs.

En bref, les pieuvres sont des créatures complexes, intelligentes et hautement adaptables avec un large éventail de comportements et de capacités fascinants.