De nouvelles recherches montrent que les crustacés tels que les crevettes, les homards et les crabes ont plus en commun avec leurs insectes apparentés qu’on ne le pensait auparavant – en ce qui concerne la structure de leur cerveau.



Selon l’étude, dirigée par le neuroscientifique de l’Université d’Arizona Nicholas Strausfeld, les insectes et les crustacés possèdent tous deux des structures cérébrales en forme de champignon connues des insectes pour être nécessaires à l’apprentissage, à la mémoire et éventuellement à la négociation d’environnements complexes en trois dimensions.

Les cerveaux des crevettes et des insectes se ressemblent plus que nous ne le pensions

La recherche, publiée dans la revue en libre accès eLife, remet en question une croyance largement répandue dans la communauté scientifique selon laquelle ces structures cérébrales – appelées « corps de champignons » – sont manifestement absentes du cerveau des crustacés.



En 2017, l’équipe de Strausfeld a rapporté une analyse détaillée des corps de champignons découverts dans le cerveau de la crevette mante, Squilla mantis. Dans le présent article, le groupe fournit des preuves que les caractéristiques neuro-anatomiques qui définissent les corps de champignons – à un moment considéré comme une caractéristique évolutive exclusive aux insectes – sont présentes chez les crustacés, un groupe qui comprend plus de 50000 espèces.

Les crustacés et les insectes sont connus pour descendre d’un ancêtre commun qui vivait il y a environ un demi-milliard d’années et est depuis longtemps éteint.

« Le corps du champignon est une structure cérébrale fondamentale incroyablement ancienne », a déclaré Strausfeld, professeur Regents en neurosciences et directeur du Center for Insect Science de l’Université de l’Arizona. « Quand vous regardez à travers les arthropodes en tant que groupe, c’est partout. »

En plus des insectes et des crustacés, d’autres arthropodes comprennent les arachnides, tels que les scorpions et les araignées, et les myriapodes, tels que les mille-pattes et les mille-pattes.

Caractérisés par leurs squelettes externes et leurs appendices articulés, les arthropodes constituent le groupe d’animaux le plus riche en espèces connu, peuplant presque tous les habitats imaginables. Il y a environ 480 millions d’années, l’arbre généalogique des arthropodes s’est divisé, une lignée produisant les arachnides et une autre les mandibules. Le deuxième groupe s’est de nouveau divisé pour fournir la lignée menant aux crustacés modernes, y compris les crevettes et les homards, et aux créatures à six pattes, y compris les insectes – le groupe le plus diversifié d’arthropodes vivant aujourd’hui.

Des décennies de recherche ont démêlé les relations évolutives des arthropodes en utilisant des données morphologiques, moléculaires et génétiques, ainsi que des preuves de la structure de leur cerveau.

Il a été démontré que les corps de champignons dans le cerveau sont les unités centrales de traitement où convergent les entrées sensorielles. La vision, l’odorat, le goût et le toucher sont tous intégrés ici, comme l’ont montré des études sur les abeilles. Disposés par paires, chaque corps de champignon se compose d’une partie en forme de colonne, appelée lobe, coiffée d’une structure en forme de dôme, appelée calice, où convergent les neurones qui relaient les informations envoyées par les organes sensoriels de l’animal. Ces informations sont transmises aux neurones qui fournissent des milliers de fibres nerveuses qui se croisent dans les lobes qui sont essentielles pour le calcul et le stockage des souvenirs.

Des recherches récentes menées par d’autres scientifiques ont également montré que ces circuits interagissent avec d’autres centres cérébraux pour renforcer ou réduire l’importance d’un souvenir lorsque l’animal recueille des expériences de son environnement.

« Les corps de champignons contiennent des réseaux où se créent des associations intéressantes qui donnent naissance à la mémoire », a déclaré Strausfeld. « C’est ainsi que l’animal donne un sens à son environnement. »

Un groupe de crustacés plus évolutivement « moderne » appelé Reptantia, qui comprend de nombreux homards et crabes, semble en effet avoir des centres cérébraux qui ne ressemblent pas du tout au corps du champignon insecte. Cela, les auteurs suggèrent, a contribué à créer les crustacés malentendus qui manquent complètement de structures.

L’analyse du cerveau des crustacés a révélé que si les corps de champignons trouvés dans les crustacés semblent plus divers que ceux des insectes, leurs éléments neuroanatomiques et moléculaires définitifs sont tous là.

À l’aide d’échantillons de cerveau de crustacés, les chercheurs ont appliqué des anticorps marqués qui agissent comme des sondes, se concentrant sur et mettant en évidence des protéines qui se sont révélées essentielles pour l’apprentissage et la mémoire des mouches des fruits. Les techniques de coloration des tissus sensibles ont en outre permis de visualiser l’architecture complexe des corps de champignons.

« Nous connaissons plusieurs protéines qui sont nécessaires à l’établissement de l’apprentissage et de la mémoire chez les mouches des fruits », a déclaré Strausfeld le corps des champignons s’allume à chaque fois. »

L’utilisation de cette méthode a révélé que les mêmes protéines ne sont pas uniques aux insectes; ils apparaissent dans le cerveau d’autres arthropodes, y compris les mille-pattes, les mille-pattes et certains arachnides. Même les vertébrés, y compris les humains, les ont dans une structure cérébrale appelée l’hippocampe, un centre connu de mémoire et d’apprentissage.

« Les centres cérébraux correspondants – le corps champignon dans les arthropodes, les vers marins, les vers plats et, peut-être, l’hippocampe des vertébrés – semblent avoir une origine très ancienne dans l’évolution de la vie animale », a déclaré Strausfeld.

Alors pourquoi les crustacés les plus étudiés ont-ils des corps de champignons qui peuvent apparaître si radicalement différents de leurs homologues insectes ? Strausfeld et ses co-auteurs ont une théorie: les espèces de crustacés qui habitent des environnements qui exigent des connaissances sur des zones tridimensionnelles élaborées sont précisément celles dont les corps de champignons ressemblent le plus à ceux des insectes, un groupe qui a également maîtrisé le monde tridimensionnel. en évoluant pour voler.

« Nous ne pensons pas que ce soit une coïncidence », a déclaré Strausfeld. « Nous proposons que la complexité d’habiter un monde en trois dimensions puisse exiger des réseaux de neurones spéciaux qui permettent un niveau sophistiqué de cognition pour négocier cet espace en trois dimensions. »

Les homards et les crabes, d’autre part, passent leur vie confinés principalement au fond de la mer, ce qui peut expliquer pourquoi il a toujours été dit qu’ils manquaient de corps de champignons.

« Au risque d’offenser des collègues qui aiment les crabes et les homards: je considère bon nombre d’entre eux comme des habitants du monde plat », dit Strausfeld. « Les études futures pourront nous dire quelles sont les plus intelligentes: la crevette mante des récifs, un prédateur supérieur ou le homard reclus. »

Strausfeld a co-écrit le document avec deux de ses anciens étudiants – Gabriella Wolff, maintenant boursière postdoctorale à l’Université de Washington, et Marcel Sayre, maintenant doctorant à l’Université de Lund en Suède. Ils espèrent que l’étude des corps de champignons aidera davantage à déterminer comment les cerveaux ont évolué et quelles conditions environnementales ont façonné ce processus.

« Cette recherche nous rapproche de la réponse à la question ultime », a déclaré Strausfeld. « Nous voulons savoir: à quoi ressemblait le premier cerveau ? »