Des chercheurs ont proposé un nouveau modèle pour l’évolution des fonctions cérébrales supérieures et des comportements chez les insectes de l’ordre des hyménoptères. L’équipe a comparé les cellules Kenyon, un kind de cellule neuronale, dans les corps de champignons (une partie du cerveau des insectes impliquée dans l’apprentissage, la mémoire et l’intégration sensorielle) de tenthrèdes “primitives” et d’abeilles mellifères sophistiquées. Ils ont découvert que trois sous-varieties de cellules Kenyon divers et spécialisés dans le cerveau des abeilles mellifères semblent avoir évolué à partir d’un ancêtre special et multifonctionnel du sous-variety de cellules Kenyon. À l’avenir, cette recherche pourrait nous aider à mieux comprendre l’évolution de certaines de nos propres fonctions et comportements cérébraux supérieurs.
Êtes-vous « occupé comme une abeille », un « papillon social » ou une « mouche sur le mur » ? Il existe de nombreuses façons de comparer notre comportement à celui des insectes, et il s’avère qu’il peut y avoir as well as que de simples idiomes amusants. L’étude des insectes pourrait nous aider à comprendre non seulement comment leur comportement a évolué, mais aussi le comportement d’animaux hautement évolués, y compris nous-mêmes. Les cerveaux des mammifères sont gros et complexes, il est donc difficile d’identifier les comportements et les changements neuronaux et génétiques qui se sont co-développés au fil du temps. En comparaison, les cerveaux des insectes sont beaucoup furthermore petits et moreover simples, ce qui en fait des modèles utiles pour l’étude.
“En 2017, nous avons signalé que la complexité des sous-styles de cellules Kenyon (KC) dans les corps de champignons dans les cerveaux d’insectes augmente avec la diversification comportementale des hyménoptères (un ordre vaste et varié d’insectes)”, a expliqué le professeur Takeo Kubo de la Graduate Faculty of Science à l’Université de Tokyo et co-auteur de l’étude actuelle. “En d’autres termes, as well as un insecte a de sous-kinds KC, furthermore son cerveau et les comportements qu’il peut présenter sont complexes. Mais nous ne savions pas comment ces différents sous-varieties ont évolué. C’était le stimulus de cette nouvelle étude.”
L’équipe de l’Université de Tokyo et de l’Organisation nationale de recherche sur l’agriculture et l’alimentation (NARO) du Japon a choisi deux espèces d’hyménoptères comme représentants de différents comportements : la tenthrède solitaire du navet (qui a un seul sous-form KC) et l’abeille sophistiquée et sociale (qui a trois sous-sorts de KC). Comme la tenthrède a un cerveau plus “primitif”, on pense qu’elle contient certaines propriétés ancestrales du cerveau de l’abeille. Pour découvrir les voies évolutives potentielles entre eux, les chercheurs ont utilisé l’analyse du transcriptome pour identifier les profils d’expression génique (l’activité génétique) des différents sous-forms de KC et spéculer sur leurs fonctions.
“J’ai été surpris que chacun des trois sous-varieties de KC chez l’abeille mellifère ait montré une similitude equivalent avec le variety unique de KC chez la tenthrède”, a déclaré le professeur adjoint Hiroki Kohno, co-auteur de la Graduate University of Science. “Sur la foundation de notre analyse comparative initiale de plusieurs gènes, nous avions précédemment supposé que des sous-styles KC supplémentaires avaient été ajoutés un par un. Cependant, ils semblent avoir été séparés d’un variety ancestral multifonctionnel, par ségrégation fonctionnelle et spécialisation.” Au fur et à mesure que le nombre de sous-types de KC augmentait, chaque sous-kind héritait presque également de certaines propriétés distinctes d’un KC ancestral. Ceux-ci se sont ensuite modifiés de différentes manières, ce qui a entraîné la diversité de leurs fonctions actuelles.
Les chercheurs voulaient un exemple comportemental spécifique de la façon dont les fonctions ancestrales de KC sont présentes à la fois chez la tenthrède et l’abeille. Ainsi, ils ont entraîné des tenthrèdes à s’engager dans un examination de comportement commun des abeilles, où elles apprennent à associer un stimulus olfactif à une récompense. Bien que difficile au début, l’équipe a finalement réussi à faire participer les tenthrèdes à la tâche de mémoire. Les chercheurs ont ensuite manipulé un gène appelé CaMKII dans les larves de tenthrède, qui chez les abeilles mellifères est associé à la development de la mémoire à prolonged terme, une fonction KC. Lorsque les larves sont devenues adultes, leur mémoire à extended terme a été altérée, ce qui indique que le gène joue un rôle similaire chez les tenthrèdes et les abeilles mellifères. Bien que CaMKII ait été exprimé (c’est-à-dire actif) dans l’ensemble du sous-variety KC exclusive chez les tenthrèdes, chez les abeilles domestiques, il a été préférentiellement exprimé dans un seul sous-style KC. Cela suggère que le rôle de CaMKII dans la mémoire à extended terme a été transmis au sous-variety spécifique de KC chez l’abeille.
Malgré les différences de taille et de complexité des cerveaux des insectes et des mammifères, il existe des factors communs en termes de fonction et d’architecture de foundation du système nerveux. C’est pourquoi le modèle proposé dans cette étude pour l’évolution et la diversification des sous-styles de KC peut aider à mieux comprendre l’évolution de notre propre comportement. Ensuite, l’équipe s’intéresse à l’étude des styles de KC acquis en parallèle avec des comportements sociaux, comme la « danse frétillante » de l’abeille.
“Nous aimerions clarifier si le modèle présenté ici est relevant à l’évolution d’autres comportements”, a déclaré Takayoshi Kuwabara, doctorant et auteur principal de la Graduate University of Science. “Il existe de nombreux mystères sur la base neurale qui contrôle le comportement social, que ce soit chez les insectes, les animaux ou les humains. Son évolution reste encore largement inconnue. Je pense que cette étude est un travail de pionnier dans ce domaine.”
