Les méduses sont plus avancées qu’on ne le pense. Une nouvelle étude de l'Université de Copenhague montre que, malgré le fait qu'elles ne possèdent qu'un millier de cellules nerveuses et aucun cerveau central, la capacité d'apprentissage des méduses-boîtes des Caraïbes est beaucoup plus complexe qu'on ne l'imaginait. Cette découverte change notre compréhension fondamentale du cerveau et pourrait nous éclairer sur notre propre cerveau mystérieux.
Après plus de 500 millions d’années sur Terre, le grand succès évolutif des méduses ne fait aucun doute. Malgré cela, nous les avons toujours considérés comme des créatures simples avec des capacités d’apprentissage très limitées.
On pense généralement que plus le système nerveux d’un animal est développé, plus sa capacité d’apprentissage est grande. On pense que les méduses et leurs proches (collectivement appelés cnidaires) sont les premiers animaux vivants à posséder un système nerveux plutôt simple et dépourvu de cerveau central.
Depuis plus d’une décennie, le neurobiologiste Anders Garm étudie les méduses-boîtes, un groupe de méduses connues pour être parmi les créatures les plus venimeuses au monde. Mais ces méduses mortelles sont intéressantes pour une autre raison : il s’avère qu’elles ne sont pas aussi simples qu’on le pensait. Cela bouleverse notre compréhension des systèmes nerveux simples.
"On pensait autrefois que les méduses ne pouvaient effectuer que l'apprentissage le plus simple, y compris l'apprentissage par habituation - la capacité de s'habituer à un certain stimulus, comme un son continu ou un toucher continu. Aujourd'hui, nous avons découvert que les capacités d'apprentissage des méduses sont beaucoup plus raffinées et qu'elles peuvent réellement apprendre de leurs erreurs." Anders Garm, professeur agrégé au département de biologie de l'université de Copenhague, a déclaré.
L’une des propriétés les plus avancées du système nerveux est sa capacité à modifier le comportement en fonction de l’expérience – de la mémoire et de l’apprentissage. Une équipe de recherche dirigée par Jan Bielecki et Anders Garm de l'Université de Kiel a entrepris de tester cette capacité chez les méduses-boîtes. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Current Biology.
La méduse-boîte est l’une des méduses les plus venimeuses au monde. Ils utilisent leur venin pour attraper des poissons et de grosses crevettes. La méduse-boîte (Tripedaliacystophora) a un venin léger et se nourrit de petits copépodes.
Les méduses-boîtes n’ont pas de cerveau centralisé comme la plupart des animaux. Au lieu de cela, ils ont quatre structures parallèles semblables à celles d’un cerveau, contenant chacune environ un millier de cellules nerveuses. Le cerveau humain compte environ 100 milliards de cellules nerveuses.
La méduse-boîte a vingt-quatre yeux répartis sur quatre structures semblables à un cerveau. Certains de ces yeux peuvent former des images, donnant aux méduses-boîtes une vision plus sophistiquée que les autres types de méduses.
Pour se frayer un chemin à travers les sombres mangroves, Tripedaliacystophora utilise ses quatre yeux pour regarder à travers l'eau et utilise la canopée des mangroves pour naviguer.
Tripedaliacystophora est l'une des plus petites espèces de méduses-boîtes, avec un diamètre corporel d'environ un centimètre seulement. Il vit dans les Caraïbes et dans le centre de l'Indo-Pacifique.
Contrairement à de nombreuses espèces de méduses, la méduse mâle de Tripedaliacystophora utilise ses tentacules pour capturer la femelle lors de l'accouplement. Les œufs de la femelle sont ensuite fécondés dans son système intestinal, où ils se transforment en larves.
Les scientifiques ont étudié la méduse-boîte des Caraïbes (Tripedaliacystophora), une méduse de la taille d'un ongle qui vit dans les mangroves des Caraïbes. Ici, ils utilisent leur puissant système visuel, qui comprend 24 yeux, pour chasser de minuscules copépodes dans les racines des mangroves. Bien que les filets à racines d'arbres soient un excellent endroit pour chasser, ils peuvent également être un endroit dangereux pour les méduses mollusques.
Ainsi, lorsque les méduses-boîtes s’approchent des racines d’une forêt de mangrove, elles se retournent et s’éloignent à la nage. S'ils tournent trop vite, ils n'ont pas le temps d'attraper le copépode. Mais s’ils retournent trop tard, ils risquent d’être heurtés et d’abîmer leur gélatine. L’évaluation de la distance est donc cruciale pour eux. Les chercheurs ont découvert que le contraste est essentiel :
"Nos expériences montrent que les méduses utilisent le contraste, la profondeur de leurs racines par rapport à la surface de l'eau, pour évaluer la distance par rapport aux racines, ce qui leur permet de s'éloigner au bon moment. Ce qui est encore plus intéressant, c'est que la relation entre la distance et le contraste change chaque jour en raison de l'action de la pluie, des algues et des vagues", poursuit Anders-Gam : "Nous pouvons voir que chaque jour, une nouvelle chasse commence, les méduses-boîtes apprennent le contraste actuel en combinant les impressions visuelles avec les sensations de mouvements d'évitement ratés. Ainsi, même s’ils possèdent un peu plus d’un millier de cellules nerveuses (notre cerveau en possède environ une centaine de milliards), ils peuvent relier la convergence temporelle de diverses impressions et apprendre les connexions – ce que nous appelons l’apprentissage associatif, en fait, à peu près au même rythme que les animaux avancés comme les mouches des fruits et les souris. »
De nouveaux résultats de recherche brisent les connaissances scientifiques antérieures sur les animaux dotés d’un système nerveux simple :
"C'est une grande nouvelle pour les neurosciences fondamentales. Cela offre une nouvelle perspective sur ce que les systèmes nerveux simples peuvent faire", a déclaré Anders-Gam. "Cela suggère que l'apprentissage avancé pourrait avoir été l'un des avantages évolutifs les plus importants du système nerveux depuis le début."
Les méduses-boîtes des Caraïbes vivent et se nourrissent sous l’eau dans les racines des mangroves. Source de l'image : Anders Gramm
Les chercheurs ont reproduit les conditions des mangroves en laboratoire, en plaçant des méduses-boîtes dans une arène comportementale. Ici, les chercheurs ont manipulé le comportement des méduses en faisant varier des conditions contrastées pour voir quel effet cela avait sur leur comportement.
Ils ont appris que les méduses apprennent grâce à des évasions ratées. Autrement dit, ils apprennent en interprétant mal les contrastes et en se cognant contre les racines des arbres. Ici, ils apprennent à tourner en combinant l'impression visuelle de heurter une racine d'arbre avec l'impact mécanique.
"Nos expériences comportementales démontrent que trois à cinq manœuvres d'évitement ratées suffisent pour modifier le comportement des méduses afin qu'elles ne touchent plus les racines des arbres. Fait intéressant, il s'agit à peu près du même taux de répétition requis pour l'apprentissage des mouches des fruits ou des souris", explique Anders-Gam.
L'électrophysiologie et les expériences de conditionnement classiques ont validé cette méthode d'apprentissage et ont également montré où l'apprentissage se produit dans le système nerveux des méduses.
Les scientifiques ont également montré où se produit l’apprentissage chez les méduses-boîtes. Cela leur offre désormais une occasion unique d’étudier les changements précis qui se produisent dans les cellules nerveuses lorsqu’elles participent à un apprentissage avancé.
"Nous espérons que cela deviendra un système super modèle pour étudier les processus cellulaires d'apprentissage avancé chez divers animaux. Nous essayons maintenant de déterminer exactement quelles cellules sont impliquées dans l'apprentissage et la formation de la mémoire", a déclaré Anders-Gam. "De cette façon, nous pouvons approfondir les changements structurels et physiologiques qui se produisent dans les cellules au cours du processus d'apprentissage."
Si l’équipe de recherche parvient à identifier le mécanisme exact par lequel les méduses sont impliquées dans l’apprentissage, la prochaine étape consistera à savoir si ce mécanisme est spécifique aux méduses ou s’il se retrouve chez tous les animaux.
"En fin de compte, nous rechercherons le même mécanisme chez d'autres animaux pour voir si c'est ainsi que fonctionne la mémoire en général", ont déclaré les chercheurs.
Anders-Gam estime que ces connaissances révolutionnaires pourraient être utilisées à diverses fins : « Comprendre quelque chose d'aussi mystérieux et extrêmement complexe que le cerveau est en soi une chose très remarquable. Mais cela offre également de nombreuses possibilités utiles inimaginables. Les différentes formes de démence seront sans aucun doute un problème majeur pour l'avenir. une meilleure compréhension de la maladie et peut-être la combattre.
La recherche sera publiée aujourd'hui (22 septembre) dans la revue scientifique Current Biology.