Donner du sens à la science

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Construire un terrain de partage et de discussion autour des secrets de l’organe le plus complexe et mystérieux du vivant : tel est le but de ce blog dédié au cerveau. Des chercheurs en neurosciences y décryptent les avancées les plus importantes et prodigieuses, et vous emmènent à la découverte du système nerveux, de ses fonctions et de ses mystères. Lire ici l'éditorial du blog.
  
Contact : Giuseppe Gangarossa, giuseppe.gangarossa@univ-paris-diderot.fr
Twitter : @PeppeGanga

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Giuseppe Gangarossa et de nombreux chercheurs en neurosciences
Maître de conférences à l’université Paris Diderot et membre de l'Unité de biologie fonctionnelle et adaptative, Giuseppe Gangarossa anime ce blog qui fédère des spécialistes de tous les horizons des neurosciences.

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L’image de la semaine : «L’intelligence des céphalopodes»
16.10.2017, par Alexandra Gros, chercheuse post-doctorante à l’université d’Edimbourg
Ces espèces possèdent trois cœurs, des millions de neurones, un système sensoriel hors normes et une capacité à s’organiser en cité. Découvrez les surprenantes propriétés des céphalopodes, et notamment des calamars, dans ce nouveau billet du blog «Aux frontières du cerveau».

Les calamars appartiennent à l’ordre des Theutida (classe des céphalopodes) apparu au début du Jurassique et qui regroupe près de 300 espèces (700 espèces pour les céphalopodes). La plupart des espèces de cet ordre sont mal connues et n’ont pas de nom spécifique. Elles sont donc regroupées sous le nom générique de « calmar », ou sous le terme « encornet » lorsque les espèces sont comestibles. Ces espèces se retrouvent dans tous les océans et mers du monde, des eaux froides des cercles polaires aux eaux chaudes des récifs coralliens, et des côtes jusqu’aux grandes profondeurs. Les calamars peuvent vivre de façon isolée mais la plupart du temps, ils se trouvent en banc. Ils sont constitués :

  • d'une symétrie bilatérale

  • d’une tête bien distincte qui concentre les organes des sens et les organes impliqués dans la capture des proies. Les calamars possèdent une vision binoculaire avec des yeux assez proches de ceux des vertébrés. Néanmoins, la structure interne est bien différente puisque la rétine et le nerf optique sont externes, ce qui évite les taches aveugles.

  • d'une couronne péribuccale de dix tentacules protractiles munis de ventouses et/ou de crochets. Les calamars ont généralement huit bras qui fonctionnent par paires et deux autres tentacules plus longs, aussi appelés « fouets », qui servent à la capture des proies. Les ventouses indépendantes les unes des autres, mais aussi les crochets ou petites dents, permettent la maîtrise des proies.

  • d’un bec corné très dur et tranchant à l’extrémité de l’orifice buccal, formé de deux mandibules, et dont la forme est spécifique à chaque espèce.

  • d'un manteau, c’est-à-dire une enveloppe constituée d’un tégument et de muscles qui abritent les autres organes. Il est doté de deux nageoires latérales ou d’une seule grande nageoire sommitale. Le manteau protège la cavité palléale où se trouvent les viscères dont les principaux organes internes (organes cardio-vasculaires, reproducteurs, urinaires et digestifs) ainsi que les branchies qui permettent d’effectuer les échanges gazeux. Une particularité est que les calamars ne possèdent rien moins que trois cœurs ! Deux cœurs branchiaux qui propulsent le sang vers les branchies pour qu’il se charge en dioxygène et un cœur systémique qui distribue le sang oxygéné au reste du corps. Le sang des calamars est de couleur bleue car il ne contient pas de l’hémoglobine (fer) mais de l’hémocyanine (cuivre).

La taille des calamars varie de quelques centimètres pour les plus petits à une dizaine de mètres pour les calamars géants. Par ailleurs, il a été montré que les poulpes possèdent 33 000 gènes, plus que les humains ! La photo ci-dessous montre le système nerveux d’un calamar juvénile.

© Nat Clarke, Stanford university, Department of biology, Hopkins Marine Station / Nikon Small World
© Nat Clarke, Stanford university, Department of biology, Hopkins Marine Station / Nikon Small World

Les céphalopodes, dont font partie les calamars avec les pieuvres et les seiches, ont colonisé toutes les mers du monde et présentent une adaptabilité impressionnante aux différents milieux, capacités qui ont amené les scientifiques à s’interroger sur leurs propriétés cognitives ! En laboratoire, les seiches et les pieuvres sont plus utilisées que les calamars, plus difficiles à élever.

Les calamars possèdent un cerveau en forme d’anneau, un peu comme un donut, autour de leur œsophage. Bien que leur système nerveux soit fondamentalement différent de celui des vertébrés, le cerveau des céphalopodes est composé de plusieurs centaines de millions de neurones, ce qui est bien plus que le rat ou la souris ! Ces animaux sont considérés comme un exemple de l’évolution cognitive. Leurs tentacules sont parcourus chacun d’une fibre nerveuse très épaisse, permettant à chaque tentacule mais aussi à chaque ventouse d’être contrôlés de façon indépendante. Ces fibres nerveuses innervent aussi le manteau et contrôlent une partie du système de propulsion des calamars. Ces fibres ne possèdent pas du tout de myéline, cette gaine isolante qui permet d’accélérer la transmission du message électrique. Ces fibres nerveuses, aussi appelées axone, peuvent être très longues et ont la particularité d’être visibles à l’œil nu ! C’est d’ailleurs ces axones géants qu’utilisèrent Alan Lloyd Hodgkin et Andrew Huxley (prix Nobel de physiologie ou médecine en 1963) pour mettre en évidence pour la première fois la théorie du potentiel d’action, ce message électrique qui parcourt les neurones. C’était à l’époque (1930 à 1950), la seule structure nerveuse assez volumineuse pour enregistrer les courants ioniques à l’origine du potentiel d’action.

Les céphalopodes possèdent également un système sensoriel hors norme : un odorat qui « sent » aussi la pression de l’eau, un toucher démultiplié par des milliers de ventouses indépendantes, ou encore une vision capable de percevoir la façon dont la lumière se réfléchit sur une surface, leur permettant de repérer leurs proies transparentes préférées. Bien qu’ils ne voient qu’en noir et blanc, le poulpe et la seiche sont les rois du camouflage. Leur cerveau contrôle des millions de cellules cutanées, appelées chromatophores, capables en une fraction de seconde de se dilater afin de faire apparaître différentes couleurs ou de se contracter pour ne montrer que le dessous de la peau alors blanche. Cette capacité est liée à leur sens de l’observation extrêmement développé mais aussi à un apprentissage dès l’œuf à travers la membrane au contact de leur environnement ! Ces modifications de la couleur de leur peau permettent également aux céphalopodes de communiquer entre eux ou lors de comportements sexuels.

D’abondantes observations montrent que les céphalopodes sont des animaux particulièrement intelligents, capables de résoudre de nombreux problèmes. Ils sont en effet capables d’ouvrir des bocaux pour trouver des proies, jouent, se servent d’outils (noix de coco utilisée comme armure, jet d’eau pour faire bouger des objets), ils ressentent la douleur, présentent des capacités d’apprentissage spatial (ils sont capables de se repérer dans des labyrinthes) et même des capacités de mémoire épisodique. Dernièrement, des scientifiques ont même observé, à plusieurs reprises, des « villes » organisées de poulpes (Octopolis en 2009 et Octlantis en septembre 2017), indiquant un comportement social ! Les poulpes ont construit des piles avec des coquilles de crustacés qu’ils ont sculptées pour créer des abris. Ce comportement social se retrouve également lorsqu’ils chassent en groupe les bancs de poissons, en utilisant une communication active. Ces animaux curieux n’ont pas fini de nous dévoiler tous leurs mystères !
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Alexandra Gros est docteure en neurosciences (Institut des neurosciences Paris-Saclay). Au cours de sa thèse, elle s’est intéressée au rôle de la neurogenèse adulte hippocampique dans les processus d’apprentissage et de mémoire, notamment épisodique. Alexandra est actuellement chercheuse post-doctorante à l’université d’Édimbourg où elle étudie comment la mise en mémoire et la persistance de souvenirs d’événements de la vie courante peuvent être affectées par un apprentissage ultérieur. Pour cela, elle cherche à élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-tendant ces processus, notamment via des mécanismes de « tagging » des neurones et synapses en utilisant l’expression des gènes immédiats précoces.
 
 

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