Les vers de mer défient la théorie de l'évolution du cerveau

Si vous remontez assez loin sur la branche de l'arbre de vie évolutif sur laquelle les humains sont assis, vous arrivez à la partie près du tronc où les verterbrates (créatures à épines) se séparent des invertébrés (créatures sans épines). Les théories actuelles suggèrent que le cerveau complexe que nous partageons avec nos parents vertébrés est apparu après ce point, mais maintenant, grâce à un ver marin avec un proboscis qui s'enfouit dans le sable des fonds marins, une nouvelle étude américaine conteste cette vision.
Notre cerveau est beaucoup plus ancien que nous le pensons, suggèrent des chercheurs de Stanford et de l’Université de Chicago, qui écrivent sur leurs conclusions dans le numéro en ligne du 14 mars de La nature.
L'auteur de l'étude, Chris Lowe, un biologiste évolutionniste de la Stanford's Hopkins Marine Station à Pacific Grove, en Californie, a déclaré à la presse:
"Cet article changera la façon dont les gens pensent à l'évolution du cerveau."
L’un des premiers stades du développement cérébral de l’embryon de vertébrés est l’émergence d’un «échafaudage» génétique de centres de signalisation qui contrôlent la manière dont les signaux chimiques sont envoyés dans le cerveau en développement. La pensée actuelle est que les éléments importants de cet échafaudage ne peuvent être trouvés que chez les vertébrés tels que les humains, puisque vous ne les voyez pas chez d'autres créatures, même proches parents de vertébrés.
Mais si vous jetez votre filet suffisamment large, vous trouvez apparemment des preuves de mécanismes génétiques essentiels, considérés comme exclusifs aux vertébrés, chez d'autres créatures. Lowe et ses collègues ont trouvé des preuves de ces centres de signalisation chimique dans l’endroit le plus surprenant: un ver de Saccoglossus kowalevskii.
Les cerveaux de ces vers marins ne ressemblent pas à ceux des vertébrés et, en fait, ils ont commencé à évoluer séparément des vertébrés il y a plus de 500 millions d'années. Ils appartiennent même à un phylum différent, les hémichordés. (Un phylum est une branche proche du tronc de l'arbre de vie: l'ordre de classement est la vie (le tronc), le domaine, le royaume, le phylum, la classe, l'ordre, la famille, le genre et les espèces.)
Lowe, professeur adjoint de biologie, a déclaré:
"Plus on se rapprochait, plus on trouvait de similitudes entre ces étranges vers et ces cerveaux de vertébrés dans leurs plans moléculaires sous-jacents."
"Cela suggère que les parties essentielles de ces plans, auparavant considérées comme uniques à des cerveaux complexes, ont des origines évolutives beaucoup plus anciennes", a-t-il ajouté.
Lowe et ses collègues disent que leurs découvertes montrent que nous devons examiner plus largement et commencer à explorer des animaux sous-étudiés et d'apparence différente, pour voir la situation dans son ensemble. Nous devons considérer que les animaux modernes peuvent avoir perdu certains processus et caractéristiques anciens, disent-ils.
Nous pouvons voir plus de telles découvertes, car la biologie évolutionniste mûrit en tant que champ, elle apporte de nouvelles technologies biomédicales qui examinent l’arbre de la vie d’une manière totalement différente: au-delà de la surface des créatures vivantes et de leur forme contrôler la croissance des structures anatomiques.
Par exemple, en utilisant de tels outils, Lowe et ses collègues ont précédemment constaté que de nombreux gènes importants chez les embryons de ver de gland étaient actifs dans des parties similaires du corps, comme chez les souris et autres vertébrés, malgré leur différence anatomique.
Pour cette étude, ils ont examiné les origines du cerveau et ont recherché la signature moléculaire de trois centres de signalisation cérébrale de vertébrés qui fournissent un cadre pour l'organisation des protéines et des cellules.
En marquant les protéines avec des marqueurs, ils ont découvert que les vers embryonnaires de gland exprimaient trois combinaisons de protéines dans des régions comparables de l'embryon en tant que vertébrés au cours du développement de leur cerveau en trois parties.
Dans les embryons de vertébrés, les centres de signalisation cérébrale contrôlent où le cerveau antérieur, le cerveau moyen et le cerveau postérieur se formeront aux stades ultérieurs du développement.
Dans les embryons de ver de gland, il y a un centre de signalisation semblable au cerveau antérieur qui contrôle le proboscis, un autre qui ressemble à un mésencéphale et qui contrôle un collier de tissu juste en dessous du proboscis et un cerveau postérieur près du collier.
Et Lowe et ses collègues ont également constaté que les protéines dans chaque centre de signalisation communiquent les unes avec les autres de la même manière que chez les vertébrés. La principale différence réside dans la forme que le cerveau prend dans le ver: il ne s’agit jamais d’un cerveau distinct. Au lieu de cela, les cellules nerveuses sont réparties sur tout le proboscis et le collier du ver, formant ce que Lowe décrit comme un "cerveau de peau".
Les biologistes ont pensé que les centres de signalisation se sont d'abord réunis chez les vertébrés parce qu'ils ne les ont pas vus dans les giclées ou les lancelets, qui sont en réalité plus proches des vertébrés que les glands.
Lowe et ses collègues suggèrent que leurs nouvelles découvertes montrent que les lancelets ont perdu beaucoup de ces processus génétiques, même s'ils possèdent un système nerveux central assez complexe, plus semblable aux vertébrés que leur propre partie de l'arbre de vie.
Ce fut l'une des plus grandes surprises pour eux, a déclaré Lowe, tout le monde regarde les lancelets comme une sorte de "fossile vivant", preuve de l'évolution du cerveau des vertébrés.
"Ces découvertes nous rappellent que les animaux modernes sont tous à la pointe des branches de l'arbre de l'évolution", a déclaré Lowe.
"Et quand nous cherchons des preuves de ce que sont nos ancêtres communs, nous devons regarder toutes les branches pour trouver les indices appropriés", at-il ajouté.
Écrit par Catharine Paddock PhD

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