Des animaux marins surprenants révèlent des indices sur l’évolution du système nerveux

L’origine du système nerveux, cet ensemble de cellules qui nous permet d’être en relation avec l’environnement, reste un mystère. Si clair.

Les éponges, les animaux les plus simples, n’ont rien de tel. Cependant, des animaux très primitifs comme les méduses et les polypes ont déjà un système nerveux complet, avec des organes sensoriels, des neurones, des synapses et des neurotransmetteurs.

À ce jour, nous ne savons toujours pas ce qui a rendu possible le développement de notre système nerveux, ce qui marque une différence essentielle entre les animaux et d’autres organismes complexes, tels que les plantes et les champignons. Le système nerveux est ce qui nous permet d’être actifs dans les tâches de détection de la nourriture, de la capturer et d’éviter de devenir la nourriture d’autres animaux.

Ce qui semblait clair, c’est qu’il est apparu dans l’ancêtre de tous les animaux. Eumétazoos, caractérisé précisément par le fait d’avoir un système nerveux ainsi que des muscles et une cavité digestive. On tenait pour acquis qu’il n’était apparu qu’une seule fois dans l’évolution.

Mais cette idée a récemment été remise en question. Un groupe d’animaux, les cténophores, ont un système nerveux si particulier qu’ils pourraient même, au moins en partie, ne pas se conformer au modèle classique établi par Santiago Ramón y Cajal et universellement accepté. C’est une trouvaille insolite.

Les étonnants cténophores et leur étrange système nerveux

Dans plusieurs articles scientifiques récents, le dernier publié il y a quelques jours, il est démontré que le cténophores, animaux très abondants dans les mers du monde entier, ont un système nerveux très différent du reste des animaux. Et cela a conduit à la proposition que son origine s’est produite indépendamment et parallèlement à celle du reste des Eumetazoos.

Les cténophores sont des animaux fascinants. Votre nom (cténo= peine, phores=carry) est due aux bandes de cellules ciliées qui traversent le corps. Ces bandes, dues à un phénomène de réfraction, produisent des irisations qui parcourent le corps. Les cténophores étaient considérés comme évolutivement proches des cnidaires (méduses et polypes). Cependant, quand en 2014 le génome d’un cténophore a été publié pour la première foisles surprises ont été sensationnelles.

Le génome des cténophores présente de nombreuses particularités. En particulier, les gènes liés au développement et au fonctionnement du système nerveux ne sont pas apparus ou n’ont pas été exprimés dans les neurones, ni les neurotransmetteurs habituels retrouvés. Les auteurs de cet article avançaient déjà l’idée que le système nerveux des cténophores aurait eu une origine indépendante de celle des autres animaux.

Cet article a suscité beaucoup de controverses, car il semblait difficile de comprendre que quelque chose d’aussi complexe que le système nerveux ait pu apparaître dans deux lignées animales indépendantes. Beaucoup ont rejeté cette possibilité, mais d’autres articles ont récemment été publiés qui semblent pointer dans la même direction, ou du moins insistent sur les différences fondamentales entre les systèmes nerveux des cténophores et d’autres animaux.

Un groupe de biologistes des universités d’Oxford, Bergen et Jena]publié en 2021 une étude plus détaillée du système nerveux d’un cténophore, confirmant que ses neurones utilisent des peptides comme neurotransmetteurs et montrant que les neurites, projections neuronales, forment des anastomoses entre elles, constituant un réseau complexe. Ce qui n’était pas connu, c’était la manière dont les neurones se connectaient entre eux ou avec les cellules sensorielles.

Des neurones qui forment un réseau continu

Cette question vient d’être révélé par une autre enquête dirigé par Maike Kittelmann, de l’Université d’Oxford.

L’étude de la larve cténophore Mnemiopsis leidyiutilisant la reconstruction 3D d’un grand nombre d’images de microscopie électronique, a montré que les neurones du système nerveux sous-épithélial (SNS) qui parcourent la surface du corps forment un syncytium, un réseau continu, et sont dépourvus de synapses.

Rappelez-vous que les synapses sont les structures fondamentales utilisées par les neurones pour transmettre l’influx nerveux. L’équipe n’a pas seulement montré des preuves structurelles de la continuité neuronale. Lorsqu’ils ont injecté un traceur fluorescent dans l’une des deux premières cellules de l’embryon, seule la moitié du corps était fluorescente, mais le réseau nerveux sous-épithélial de l’autre côté du corps était également fluorescent, prouvant que la molécule fluorescente avait été transportée à travers la cellule. continuité entre les neurones.

En plus du système nerveux sous-épithélial, les cténophores ont d’autres neurones plus profonds, dont les processus sont en contact étroit avec le SNS, mais encore une fois sans synapses. Des synapses ont en effet été observées dans les projections des cellules sensorielles vers le SNS, et dans les projections du SNS vers les cellules ciliées des peignes. En dehors de ces cas, le système nerveux de cette larve cténophore se caractérise par un fonctionnement majoritairement dépourvu de synapses, chose totalement impensable jusqu’à présent.

De nombreuses questions restent sans réponse. Comment agissent les neurones sous-épithéliaux ? La possibilité est soulignée qu’ils fonctionnent comme une sorte de système neuroendocrinien, libérant des peptides dans l’environnement qui agissent localement.

Et comment se développe le système nerveux sous-épithélial ? Les connexions sont-elles maintenues lorsque les neurones se divisent, ou des connexions sont-elles établies entre des neurones indépendants ? Et surtout, est-ce habituel ? Jusqu’à présent, seul un groupe de neurones d’une larve a été étudié. Le réseau est-il maintenu chez l’adulte ? Et chez les autres espèces de cténophores ?

Souvenons-nous de Camillo Golgi et de Santiago Ramón y Cajal

Il y a un fait curieux qui n’est pas passé inaperçu par les auteurs de l’étude. A la fin du XIXe siècle, deux visions de la structure de notre système nerveux s’affrontaient. La théorie réticulaire, défendue entre autres par Camille Golgi, ont affirmé que les neurones formaient un réseau continu. Au lieu de cela, les emplois de Ramon et Cajal ils ont montré que les neurones étaient des cellules indépendantes qui établissaient des connexions synaptiques.

Golgi et Cajal ont partagé le prix Nobel et 1906, bien que la proposition de Cajal ait été universellement acceptée. Il est frappant que le système nerveux sous-épithélial des cténophores nous fournisse un exemple inattendu d’un système réticulaire comme celui proposé par Golgi… Plus d’un siècle plus tard.