Qu'est-ce qu'une souris a en commun avec un poisson cartilagineux appelé petit patin?
À première vue, vous pourriez penser pas beaucoup. L'un est moelleux, avec de grandes oreilles et des moustaches; l'autre respire avec des branchies et ondule autour de l'océan. L'un est un animal de laboratoire ou un ravageur domestique; l'autre est le plus susceptible d'être vu à l'état sauvage, ou au fond d'un bassin peu profond dans un aquarium. Mais il s'avère que ces deux vertébrés ont un point commun: la capacité de marcher. Et la raison pour laquelle pourrait changer notre façon de penser à l’évolution de la marche chez les animaux terrestres, y compris les humains.
Une nouvelle étude génétique réalisée par des scientifiques de l'Université de New York révèle quelque chose d'étonnant: à l'instar des souris, les petites raies possèdent le plan génétique qui permet le modèle de locomotion alternance droite-gauche utilisé par les animaux terrestres à quatre pattes. Ces gènes ont été transmis par un ancêtre commun qui vivait il y a 420 millions d'années, bien avant que les premiers vertébrés n'aient rampé d'un océan à l'autre.
En d'autres termes, certains animaux ont peut-être eu les voies neuronales nécessaires à la marche avant même de vivre sur la terre ferme.
Publiées aujourd'hui dans la revue Cell, les nouvelles recherches ont débuté par une question fondamentale: comment différents comportements moteurs ont-ils évolué ou évolué au fil du temps chez différentes espèces? L'auteur Jeremy Dasen, professeur associé au NYU Neuroscience Institute, avait déjà travaillé sur le mouvement des serpents. Après avoir lu le livre de Neil Shubin, Your Inner Fish: Un voyage dans l’histoire du corps humain de 3, 5 milliards d’années, il a été inspiré par son intérêt pour les patins, mais il ne savait pas vraiment par où commencer.
«Je ne savais pas à quoi ressemblait un patin», déclare Dasen. «Je l'avais déjà mangé dans un restaurant. Alors j'ai fait ce que tout le monde fait, je suis allé sur Google pour trouver des vidéos de patins. »L'une des premières choses qu'il a trouvées était une vidéo sur Youtube d'un patin qui se conduisait clairement. «J'étais comme, wow, c'est vraiment cool! Comment fait-il cela? Dit-il.
En utilisant des raquettes collectées par le Laboratoire de biologie marine de Woods Hole, Dasen et d’autres se sont efforcés de le découvrir. Premièrement, les bases: les petits patins sont des citadins qui vivent tout le long de la côte est dans l’océan Atlantique. En fait, ils n'ont pas de jambes et leur marche ne ressemble pas à un être humain en train de se promener. Ce qu'ils utilisent, ce sont des nageoires antérieures du bassin appelées «crus», situées sous la plus grande nageoire en forme de losange en forme de losange qui ondule quand elles nagent.
Lorsqu'ils se nourrissent ou ont besoin de se déplacer plus lentement, ils engagent leur crus dans un mouvement alternant gauche-droite le long du fond de l'océan. De bas en haut, cela ressemble presque à de petits pieds propulsant le patin vers l’avant.
Mais Dasen et son équipe n'étaient pas seulement intéressés par la biomécanique; ils voulaient identifier les gènes qui contrôlaient les voies des neurones moteurs pour la marche du patin.
Lorsqu'ils examinent la configuration d'un vertébré, les généticiens commencent souvent par les gènes Hox, qui jouent un rôle crucial dans la détermination du plan corporel d'un organisme. Si les gènes sont inactivés ou mal ordonnés, cela peut être un désastre pour l'animal (comme dans l'expérience dans laquelle une mouche développait les pattes au lieu d'antennes sur la tête après que des scientifiques eurent délibérément neutralisé certains gènes de Hox).
Dasen et ses collègues ont également examiné un facteur de transcription génétique appelé Foxp1, situé au niveau de la moelle épinière dans les tétrapodes. L'explication simplifiée est que cela fonctionne en déclenchant des motoneurones qui permettent le mouvement de la marche.
«Si vous assommez [Foxp1] dans des organismes modèles tels que des souris, ils ont perdu toute capacité de coordination des muscles de leurs membres», a déclaré Dasen. "Ils ont un type de discoordination motrice sévère qui les empêche de marcher normalement." Ce n'est pas que les souris sans Foxp1 n'ont pas les membres ou les muscles nécessaires pour marcher - elles n'ont tout simplement pas leurs circuits câblés correctement pour le faire.
Cette combinaison de gènes en petites patins qui leur permet de se frayer un chemin à travers le fond de la mer à la recherche du dîner remonte à un ancêtre commun qui vivait il y a 420 millions d'années - une surprise pour les chercheurs, car la capacité de marcher était pensée à venir après le début de la transition de la mer à la terre, pas avant. Le fait que de tels traits génétiques persistent pendant si longtemps et évoluent de manière si unique chez différentes espèces ne fait qu'ajouter à l'excitation de Dasen.
«Il existe de nombreux ouvrages sur l'évolution des membres, mais ils ne tiennent pas vraiment compte du côté neuronal, car il est beaucoup plus difficile à étudier», explique Dasen. «Il n'y a pas d'enregistrement fossile pour les neurones et les nerfs. Il existe de bien meilleures façons d'étudier l'évolution en examinant les structures osseuses. ”
De nombreux chercheurs se sont penchés sur les archives de fossiles pour en savoir plus sur les premiers habitants de la terre. Il y a Elginerpeton pancheni, un premier tétrapode qui vivait en dehors de l'océan il y a quelque 375 millions d'années. Et puis il y a Acanthostega, un autre ancien vertébré analysé récemment par des scientifiques pour en savoir plus sur ses modèles de croissance des membres et sa maturité sexuelle.
Pendant ce temps, d'autres biologistes ont recueilli des indices en examinant certains des poissons les plus étranges encore en vie, dont beaucoup ont d'anciennes lignées. Certains ont examiné les cœlacanthes et les sarcoptérygiens, ou poissons-poumons (ces derniers utilisent leurs nageoires pelviennes pour se déplacer dans un mouvement semblable à celui de la marche). D'autres ont étudié le mouvement bishr. L'espèce africaine possède des poumons et des branchies, ce qui lui permet de survivre hors de l'eau. Son mouvement est similaire à celui de la marche forcée lorsqu'il est contraint de vivre à terre, comme l'a montré l'expérience de 2014 menée par la biologiste Emily Standen de l'Université d'Ottawa. autres.
Standen dit qu'elle admire beaucoup les nouvelles recherches sur les petits patins. «J'aurais pensé qu'il y aurait eu pas mal de similitudes [dans les systèmes derrière le mouvement des différents animaux], mais le fait que ce soit aussi proche que ce soit était une belle surprise», dit-elle. "Cela montre clairement en quoi je crois fermement que le système nerveux, son développement et son fonctionnement sont très flexibles."
Cette flexibilité a clairement été la clé de l'histoire de l'évolution. Grâce à cet ancêtre vieux de 420 millions d'années, nous avons maintenant tout, des poissons qui nagent aux serpents qui glissent, aux souris qui marchent, aux patins qui utilisent une combinaison de mouvements - avec le gène Foxp1 exprimé ou supprimé en fonction de la le plan corporel et la locomotion uniques de l'animal.
Et maintenant que nous en savons un peu plus sur ce qui contrôle ce mouvement en patins, il est possible que la connaissance puisse avoir une utilisation future pour comprendre la bipédie chez les humains.
«Le principe de base selon lequel les motoneurones se connectent à différents circuits n'est pas vraiment élaboré [dans des organismes complexes], le patin est donc une façon de voir cela dans un système plus simplifié», explique Dasen. Mais il ne veut pas prendre de l'avance sur lui-même pour prédire ce que cela pourrait signifier pour l'avenir. Dasen espère simplement qu'en voyant les résultats de la recherche, les gens penseront simplement: «Eh bien, c'est vraiment chouette. Ils peuvent marcher!
