Comment les calmars et les poulpes obtiennent leur gros cerveau

Sommaire: Les cellules souches neurales des céphalopodes fonctionnent de manière similaire à celles des vertébrés lors du développement du système nerveux.

la source: Harvard

Les céphalopodes, qui comprennent les pieuvres, les seiches et leurs cousins ​​​​les seiches, sont capables de comportements vraiment attrayants. Ils peuvent rapidement traiter les informations pour transformer la forme, la couleur et même la texture, et les mélanger à leur environnement. Ils peuvent également communiquer, montrer des signes d’apprentissage spatial et utiliser des outils pour résoudre des problèmes. Ils sont très intelligents et peuvent même s’ennuyer.

Ce n’est un secret pour personne ce qui rend cela possible : les céphalopodes ont le cerveau le plus complexe de tous les invertébrés de la planète. Mais ce qui reste un mystère, c’est le processus. Fondamentalement, les scientifiques se demandent depuis longtemps comment les céphalopodes obtiennent leur gros cerveau en premier lieu ?

Le laboratoire de Harvard qui étudie le système visuel de ces créatures au corps mou – où les deux tiers du tissu de traitement central sont concentrés – pense qu’ils sont sur le point de le découvrir. Ils disent que le processus semble étonnamment familier.

Des chercheurs du FAS Center for Systems Biology décrivent comment ils ont utilisé une nouvelle technologie d’imagerie en direct pour observer la création de neurones dans un embryon en temps quasi réel. Ensuite, ils ont pu retracer ces cellules tout au long du développement du système nerveux dans la rétine. Ce qu’ils ont vu les a surpris.

Les cellules souches neurales qu’ils ont suivies se comportaient étrangement avec la façon dont ces cellules se comportent chez les vertébrés à mesure que leur système nerveux évoluait.

Il est suggéré que les vertébrés et les céphalopodes, bien que divergents les uns des autres il y a 500 millions d’années, non seulement utilisent des mécanismes similaires pour fabriquer leur gros cerveau, mais ce processus et la façon dont les cellules fonctionnent, se divisent et se forment peuvent fondamentalement peindre le plan requis pour développer ce type. du système nerveux.

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« Nos conclusions étaient surprenantes car une grande partie de ce que nous savons sur le développement du système nerveux chez les vertébrés a longtemps été considérée comme propre à cette lignée », a déclaré Christine Koenig, chercheuse principale à l’Université de Harvard et auteure principale de l’étude.

« En notant le fait que le processus est très similaire, ce qu’il nous a suggéré, c’est que ces deux systèmes ont indépendamment évolué deux très grands systèmes nerveux qui utilisent les mêmes mécanismes dans leur construction. Ce que cela indique, c’est que ces mécanismes – ces outils – que les animaux utilisent au cours de l’évolution peuvent être importants pour la construction de grands systèmes nerveux. »

Des scientifiques du laboratoire Koenig se sont concentrés sur la rétine d’une seiche nommée Doryteuthis pealeii, plus simplement connu comme un type de calmar à nageoires longues. Les calmars atteignent près d’un pied de long et sont abondants dans l’océan Atlantique Nord-Ouest. En tant que fœtus, ils sont absolument magnifiques avec une grosse tête et de grands yeux.

Les chercheurs ont utilisé des techniques similaires à celles qui se sont répandues pour étudier des organismes modèles, tels que les mouches des fruits et le poisson zèbre. Ils ont créé des outils spéciaux et utilisé des microscopes avancés capables de prendre des images haute résolution toutes les dix minutes pendant des heures pour voir comment se comportent les cellules individuelles. Les chercheurs ont utilisé des colorants fluorescents pour marquer les cellules afin de pouvoir les cartographier et les suivre.

Cette technologie d’imagerie en direct a permis à l’équipe de surveiller les cellules souches appelées cellules progénitrices neurales et leur organisation. Les cellules forment un type particulier de structure appelée épithélium pseudo-stratifié. Le principal avantage est que les cellules sont allongées afin qu’elles puissent être densément emballées.

Les chercheurs ont également constaté que les noyaux de ces structures montaient et descendaient avant et après la mitose. Ce mouvement est important pour garder les tissus organisés et pour une croissance continue, ont-ils déclaré.

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Il est suggéré que les vertébrés et les céphalopodes, bien que divergents les uns des autres il y a 500 millions d’années, non seulement utilisent des mécanismes similaires pour fabriquer leur gros cerveau, mais ce processus et la façon dont les cellules fonctionnent, se divisent et se forment peuvent fondamentalement peindre le plan requis pour développer ce type. du système nerveux. L’image est dans le domaine public

Ce type de structure est universel dans la façon dont les espèces de vertébrés développent leur cerveau et leurs yeux. Historiquement, il a été considéré comme l’une des raisons pour lesquelles le système nerveux des vertébrés devient si grand et complexe. Les scientifiques ont observé des exemples de ce type de neuroépithélium chez d’autres animaux, mais le tissu de calmar qu’ils ont examiné dans ce cas était inhabituellement similaire à celui des vertébrés dans sa taille, son organisation et sa façon de déplacer le noyau.

La recherche a été dirigée par Francesca R. Naples et Christina M. Daly, assistantes de recherche dans le laboratoire de Koenig.

Ensuite, le laboratoire prévoit d’examiner comment différents types de cellules apparaissent dans le cerveau des céphalopodes. Koenig veut déterminer s’il s’exprime à différents moments, comment ils décident de devenir un type de neurone plutôt qu’un autre et si cette action est similaire d’une espèce à l’autre.

Konig est enthousiasmé par les découvertes potentielles qui l’attendent.

« L’un des points les plus importants de ce type de travail est l’importance d’étudier la diversité de la vie », a déclaré Koenig. « En étudiant cette diversité, vous pouvez vraiment revenir même aux idées de base sur notre développement et nos questions biomédicales. Vous pouvez vraiment parler de ces questions. »

À propos de cette recherche dans Neuroscience News

auteur: Juan César
la source: Harvard
Contact: Juan Celezar – Harvard
image: L’image est dans le domaine public

recherche originale : Accès fermé.
« L’évolution de la rétine des céphalopodes montre des mécanismes de neurogenèse semblables à ceux des vertébrésÉcrit par Kristen Koenig et al. biologie actuelle

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L’évolution de la rétine des céphalopodes montre des mécanismes de neurogenèse semblables à ceux des vertébrés

Points forts

  • Les cellules progénitrices rétiniennes de calmar subissent une migration nucléaire intercinétique
  • Les cellules progénitrices, post-mitotiques et différenciées transcriptionnellement sont identifiées
  • La signalisation Notch peut réguler à la fois le cycle cellulaire rétinien et le destin cellulaire chez le calmar
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Sommaire

Les céphalopodes coloïdes, y compris les seiches, les seiches et les poulpes, ont de grands systèmes nerveux complexes et des yeux de type caméra très pointus. Ces caractéristiques ne sont comparables qu’aux caractéristiques qui ont évolué indépendamment dans la lignée des vertébrés.

La taille du système nerveux d’un animal et la diversité des types de cellules qui le composent résultent d’une régulation stricte de la prolifération cellulaire et de la différenciation au cours du développement.

Les changements dans le processus de développement au cours du développement qui conduisent à une diversité de types de neurones et à une modification de la taille du système nerveux ne sont pas bien compris.

Ici, nous avons lancé des techniques d’imagerie en direct et mené une interrogation fonctionnelle pour montrer que le calmar Doryteuthis pealeii Il utilise des mécanismes lors de la formation des neurones rétiniens caractéristiques des processus des vertébrés.

Nous constatons que les cellules progénitrices rétiniennes de calmar subissent une migration nucléaire jusqu’à ce qu’elles sortent du cycle cellulaire. Nous déterminons l’organisation rétinienne correspondante des cellules progénitrices, post-mitotiques et différenciées.

Enfin, nous constatons que la signalisation Notch peut réguler le cycle cellulaire rétinien et le destin cellulaire. Compte tenu de l’évolution convergente des systèmes visuels élaborés chez les céphalopodes et les vertébrés, ces découvertes révèlent des mécanismes communs qui sous-tendent la croissance de primitives neuronales hautement prolifératives.

Ce travail met en évidence des mécanismes qui peuvent altérer la mesure de la variance génétique et contribuer à l’évolution de la complexité et de la croissance des systèmes nerveux animaux.

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