Les sens des poulpes et des calmars liés à l’évolution du cerveau humain

Les vastes océans abritent certaines des créatures les plus intrigantes et mystérieuses. Parmi eux se trouvent les poulpes et les calmars, appelés céphalopodes, qui ont développé des capacités de détection uniques pour naviguer dans leurs mondes sous-marins.

Les poulpes explorent le fond marin avec leurs huit bras, utilisant des ventouses très sensibles dans une approche « goût par toucher », tandis que les calmars emploient une tactique très différente, se cachant patiemment jusqu’à ce qu’ils tendent une embuscade à leurs proies en rafales rapides.

Une récente paire d’études dirigées par des scientifiques de l’Université de Californie à San Diego et de l’Université Harvard se penche sur les adaptations évolutives de ces capacités de détection, révélant des connexions avec les récepteurs du cerveau humain.

Ces études révolutionnaires, publiées dans la revue Natureont été menés par des chercheurs du laboratoire nouvellement créé de Ryan Hibbs à l’UC San Diego (anciennement basé au Southwestern Medical Center de l’Université du Texas) et du laboratoire de Nicholas Bellono à Harvard.

Les équipes de recherche ont adopté une approche globale, examinant les céphalopodes depuis les structures protéiques au niveau atomique jusqu’à l’ensemble des organismes fonctionnels. Ils se sont concentrés sur les récepteurs sensoriels en tant que site clé de l’innovation évolutive, recoupant l’écologie, le traitement neuronal et le comportement.

L’étude de la façon dont les poulpes et les calmars perçoivent leur environnement marin a conduit à la découverte de nouvelles familles de récepteurs sensoriels, et les experts ont déterminé comment ces récepteurs déterminent des comportements distincts dans l’environnement.

Ils ont utilisé la technologie de microscopie cryoélectronique, qui utilise des températures cryogéniques pour capturer les processus et structures biologiques de manière unique, démontrant ainsi que les adaptations peuvent contribuer à propulser de nouveaux comportements.

« Les céphalopodes sont bien connus pour leurs organes sensoriels complexes, leur système nerveux élaboré et leurs comportements sophistiqués comparables à ceux des vertébrés complexes, mais avec une organisation radicalement différente », a déclaré Hibbs, professeur au Département de neurobiologie. Hibbs apporte son expertise sur la structure d’une famille de protéines chez l’homme qui assurent la communication entre les neurones du cerveau et d’autres zones telles qu’entre les neurones et les cellules musculaires. « Les céphalopodes fournissent des exemples frappants d’évolution convergente et divergente qui peuvent être exploités pour comprendre les bases moléculaires de la nouveauté à travers les niveaux d’organisation biologique. »

Résultats de la première étude

Dans l’une des études de Nature, les scientifiques ont décrit pour la première fois la structure d’un récepteur chimiotactile de poulpe, que les bras de poulpe utilisent pour l’exploration du goût par le toucher. Ces récepteurs chimiotactiles sont similaires aux récepteurs des neurotransmetteurs du cerveau et des muscles humains, mais ont évolué pour aider à évaluer les sources potentielles de nourriture dans l’environnement marin.

« Chez le poulpe, nous avons constaté que ces récepteurs chimiotactiles entrent physiquement en contact avec les surfaces pour déterminer si l’animal doit manger une source de nourriture potentielle ou la rejeter », a déclaré Hibbs. « Grâce à sa structure, nous avons constaté que ces récepteurs sont activés par des molécules grasses, dont des stéroïdes similaires au cholestérol. Grâce à des analyses évolutives, biophysiques et comportementales, nous avons montré comment des adaptations structurelles étonnamment nouvelles facilitent la transition du récepteur d’un rôle ancestral dans la neurotransmission à une nouvelle fonction dans la chimiosensation dépendante du contact des produits chimiques gras de l’environnement.

Résultats de la deuxième étude

La deuxième Nature étude axée sur les calmars et leur stratégie d’embuscade distincte pour capturer de la nourriture. Les chercheurs ont combiné des expériences génétiques, physiologiques et comportementales pour découvrir une nouvelle classe d’anciens récepteurs chimiotactiles et ont déterminé une structure au sein de cette classe.

Ils ont également mené une analyse évolutive pour relier les adaptations des récepteurs du calmar à des expansions plus élaborées des récepteurs du poulpe. En plaçant les récepteurs chimiotactiles et ancestraux des neurotransmetteurs sur une chronologie évolutive, les chercheurs ont pu décrire comment les adaptations évolutives ont conduit au développement de nouveaux comportements.

« Nous avons découvert une nouvelle famille de récepteurs de surface cellulaire qui offrent une perspective rare sur l’évolution de la sensation, car ils représentent la transition la plus récente et la seule fonctionnellement traitable du neurotransmetteur aux récepteurs environnementaux dans l’ensemble du règne animal », a déclaré Hibbs. « Nos structures de ces récepteurs céphalopodes uniques jettent les bases de la compréhension mécaniste des transitions fonctionnelles majeures au cours de l’évolution profonde et de l’origine de la nouveauté biologique. »

Hibbs affirme que ces deux nouvelles études offrent un excellent exemple de la façon dont la curiosité envers des créatures intéressantes peut conduire à des connaissances importantes pour l’ensemble de la biologie, à savoir comment les protéines – les éléments constitutifs de la vie – s’adaptent pour assurer la médiation de nouvelles fonctions et comportements.

« Ces études sont un excellent exemple de ce qu’est la vie d’un scientifique : l’émerveillement, l’exploration et la compréhension du fonctionnement des choses », a-t-il déclaré.

Les résultats mettent non seulement en lumière la fascinante vie sous-marine des céphalopodes, mais révèlent également une compréhension plus profonde du réseau complexe de connexions évolutives qui relient le monde vivant, y compris notre propre cerveau.

En savoir plus sur les poulpes

Les poulpes sont des créatures marines fascinantes qui appartiennent à la classe des céphalopodes, qui comprend également les calmars, les seiches et les nautiles. Ils sont largement connus pour leur intelligence remarquable, leurs capacités à résoudre des problèmes et leurs compétences exceptionnelles en matière de camouflage. Voici quelques faits plus intéressants sur les poulpes :

1. Anatomie : Les poulpes ont un corps mou et flexible sans squelette interne ou externe, ce qui leur permet de se faufiler dans des espaces restreints. Ils ont huit bras bordés de ventouses, une tête bulbeuse et un manteau qui abrite leurs organes internes. La bouche, située au centre de leurs bras, a une structure en forme de bec et une radula, un organe en forme de langue avec des rangées de dents, pour décomposer les aliments.
2. Intelligence : Les poulpes sont considérés comme les invertébrés les plus intelligents. Ils font preuve de capacités complexes de résolution de problèmes, peuvent résoudre des énigmes, dévisser des bocaux pour obtenir de la nourriture et même utiliser des outils. Ils sont également connus pour leur talent d’évasion, s’échappant parfois de leurs réservoirs en captivité.
3. Camouflage : Les poulpes sont passés maîtres dans l’art du déguisement, grâce à leur capacité à changer de couleur, de motif et de texture pour se fondre dans leur environnement. Ils y parviennent grâce à des cellules spécialisées appelées chromatophores, qui contiennent des pigments, ainsi que des iridophores et des leucophores, qui réfléchissent et diffusent la lumière. Ce camouflage les aide à éviter les prédateurs et à se faufiler sur leurs proies.
4. Locomotion : Les poulpes se déplacent principalement en rampant le long du fond marin à l’aide de leurs bras. Cependant, ils peuvent également nager en expulsant l’eau de la cavité de leur manteau à travers une structure en forme d’entonnoir appelée siphon, les propulsant vers l’arrière sous une forme de propulsion à réaction.
5. Reproduction : Les poulpes ont un processus de reproduction unique. La pieuvre mâle transfère un paquet de sperme à la femelle à l’aide d’un bras spécialisé appelé hectocotylus. Après la fécondation, la femelle pond des milliers d’œufs et les garde jusqu’à leur éclosion, souvent sans manger pendant cette période. La plupart des espèces de poulpes ont une durée de vie courte, certaines ne vivant que quelques mois à quelques années. La femelle meurt généralement peu de temps après l’éclosion des œufs.
6. Venin : La plupart des poulpes produisent du venin pour maîtriser et immobiliser leurs proies. Le venin de certaines espèces, comme la pieuvre aux anneaux bleus, peut être extrêmement puissant et dangereux pour les humains.
7. Régénération : Les poulpes ont la capacité de régénérer les bras perdus. Un nouveau bras peut repousser en quelques semaines, avec des ventouses fonctionnelles et des connexions nerveuses.
8. Taille et habitat : Les espèces de poulpes varient considérablement en taille, du minuscule Octopus wolfi, qui ne mesure qu’environ un pouce de longueur, à la pieuvre géante du Pacifique, avec une envergure de bras allant jusqu’à 30 pieds. Ils habitent divers environnements marins, des bassins de marée peu profonds aux fosses océaniques profondes, et se trouvent dans tous les océans du monde.

Ces créatures captivantes continuent de fasciner les scientifiques et le public, à mesure que les chercheurs en découvrent davantage sur leur biologie, leurs comportements et leurs adaptations uniques à la vie dans l’océan.

En savoir plus sur les calmars

Les calmars sont des animaux marins intrigants appartenant à la classe des céphalopodes, qui comprend également les poulpes, les seiches et les nautiles. Ils sont connus pour leur corps profilé, leurs capacités de nage impressionnantes et leur bioluminescence. Voici quelques faits plus intéressants sur les calmars :

1. Anatomie : Les calmars ont une structure corporelle distinctive avec un manteau en forme de torpille, huit bras et deux tentacules plus longs. Leurs bras et tentacules sont équipés de ventouses ou de crochets pour capturer leurs proies. Les calmars ont un bec pointu semblable à celui d’un perroquet, utilisé pour déchirer et consommer de la nourriture. À l’intérieur du manteau, ils possèdent un stylo ou glaive, un reste d’une coque interne, qui fournit un soutien et aide à rationaliser leur corps.
2. Locomotion : Les calmars sont des nageurs rapides et agiles. Ils utilisent la propulsion par réaction pour se déplacer dans l’eau en expulsant avec force l’eau à travers une structure en forme d’entonnoir appelée siphon. Cette technique permet aux calmars de se déplacer rapidement, ce qui en fait des prédateurs efficaces et leur permet d’échapper aux menaces.
3. Vision : Les calmars ont de grands yeux bien développés qui leur permettent de voir clairement dans des conditions de faible luminosité. Leurs yeux sont adaptés pour détecter les mouvements et peuvent percevoir la polarisation de la lumière, ce qui les aide à localiser des proies transparentes et à naviguer dans leur environnement.
4. Camouflage et bioluminescence : comme les poulpes, les calmars peuvent changer de couleur et de motif à l’aide de cellules spécialisées appelées chromatophores. Certaines espèces de calmars possèdent également des organes bioluminescents appelés photophores, qui émettent de la lumière, leur permettant de communiquer, d’attirer des proies ou de dissuader les prédateurs.
5. Prédation : Les calmars sont carnivores et se nourrissent principalement de poissons, de crustacés et d’autres céphalopodes. Ils utilisent leurs tentacules pour attraper leurs proies, puis les tirent vers leur bec pour les consommer.
6. Reproduction : La reproduction du calmar implique que le mâle transfère des paquets de sperme, appelés spermatophores, à la femelle à l’aide d’un bras modifié appelé hectocotylus. La femelle pond ensuite ses œufs en grappes, qui sont souvent attachées au fond marin ou à d’autres structures sous-marines. Selon les espèces, la femelle peut garder les œufs ou les abandonner pour se développer seule. Après l’éclosion, les jeunes calmars, appelés paralarves, sont généralement planctoniques et subissent plusieurs étapes de développement avant d’atteindre l’âge adulte.
7. Taille et habitat : La taille des espèces de calmars varie du minuscule Idiosepius, mesurant seulement environ un pouce de longueur, au calmar colossal, qui peut atteindre 46 pieds de longueur, tentacules compris. Les calmars habitent divers environnements océaniques, des eaux côtières peu profondes aux eaux profondes, et se trouvent dans tous les océans du monde.
8. Importance pour les humains : les calmars sont non seulement importants sur le plan écologique en tant que partie du réseau trophique marin, mais ils ont également une importance culturelle et économique. Ils constituent une source de nourriture populaire dans de nombreuses cuisines et sont pêchés commercialement dans le monde entier. Les calmars jouent également un rôle dans la recherche scientifique, notamment dans les domaines des neurosciences et de la biomécanique.

La biologie fascinante, les comportements et les adaptations des calmars continuent de captiver les scientifiques et le public, à mesure que les chercheurs en découvrent davantage sur leur vie complexe dans les profondeurs océaniques.