Les céphalopodes spongieux ne cessent de surprendre avec leurs caractéristiques intelligentes, y compris les bras intelligents, le camouflage aux couleurs changeantes, l’art de l’évasion et les compétences en résolution d’énigmes. De nouvelles analyses de la génétique des calmars, des poulpes et des seiches (coléoïdes) révèlent que leurs génomes sont tout aussi délicieusement étranges que les animaux eux-mêmes.
Le génome des céphalopodes “est incroyablement transformé”, explique la biologiste du développement Caroline Albertin, qui a dirigé l’une des deux nouvelles études identifiant d’étranges rebondissements dans l’histoire génétique de ces céphalopodes.
Dans un effort massif, Albertin et ses collègues ont séquencé trois génomes de céphalopodes à corps mou : la pieuvre à deux points de Californie (Poulpe bimaculoide :) – la première pieuvre dont le génome a été séquencé en 2005 ; le calmar côtier de l’Atlantique (Doryteuthis pealeii :) – étudié comme système modèle pour les neurosciences pendant près d’un siècle ; et calamar bobtail hawaïen (Scolopes d’Euprymna :) – un animal modèle pour la symbiose bactérie-animal.
Calmar bobtail hawaïen utilisant ses grappes de gènes de couleur. (David_Slater / iStock / Getty Images Plus)
Les chercheurs ont découvert un tas de nouvelles familles de gènes, dont beaucoup sont exprimées dans le cerveau du calmar, ainsi que des extensions de gènes que nous connaissons déjà, comme des groupes de gènes impliqués dans la coloration changeante des céphalopodes, leurs ventouses et leurs becs.
D’autres extensions génétiques uniques incluent les gènes de la protocadhérine qui peuvent être impliqués dans la construction de systèmes nerveux complexes chez les humains et les céphalopodes. Les céphalopodes, cependant, créent de la diversité dans ce gène à travers des copies entières de celui-ci (chez l’homme, cette variation se produit dans les différentes manières dont les gènes sont exprimés).
Ces copies ont aidé les génomes des céphalopodes à grossir, le génome de Doryteuthis pesant environ 1,5 fois plus grand que le nôtre et la pieuvre à deux points de Californie environ 90 % de la taille du nôtre.
En revanche, nos génomes se sont développés grâce au processus de duplication du génome entier – une caractéristique créditée pour notre complexité avancée et sa capacité à créer de nouvelles caractéristiques évolutives. Les céphalopodes semblent avoir subi des changements similaires à grande échelle, mais comme pour beaucoup de choses qu’ils font, ils ont ajouté leur saveur unique.
“Nous savons maintenant que l’évolution des céphalopodes à corps mou impliquait des changements génomiques tout aussi massifs, mais les changements ne sont pas des duplications du génome entier mais plutôt d’immenses réarrangements du génome, comme si les génomes ancestraux étaient mis dans un mélangeur”, explique le neurobiologiste de l’Université de Chicago. Clifton Ragsdale.
Le calmar côtier de l’Atlantique. (Elaine Bearer)
Ce remaniement génétique a peut-être traité ces bêtes marines uniques avec leur impressionnante main de capacités cognitives, les dotant du plus grand système nerveux de tous les invertébrés. Entre leurs bras et leur tête, les quelque 500 millions de neurones de la pieuvre rivalisent avec la quantité possédée par les chiens.
“Nous avons comparé le génome du calmar à celui d’un pétoncle, et nous avons constaté que de nombreux gènes dispersés dans le génome du pétoncle s’étaient réunis sur des zones spécifiques des chromosomes du calmar. Ces nouveaux groupes de gènes forment des unités régulatrices. Cela signifie qu’ils peuvent interagir. les uns avec les autres et modifier la physiologie de l’animal “, explique le pathologiste moléculaire Akane Kawaguchi, co-auteur principal de la deuxième étude qui a examiné de plus près le génome du calmar bobtail.
“L’un des groupes de gènes du génome du calmar contient cinq gènes majeurs impliqués dans le développement du système nerveux.”
Le regroupement des gènes associés a permis une rationalisation et des formes uniques de régulation génétique.
La pieuvre à deux points de Californie. (Tom Kleindinst)
Et enfin, il y a la fameuse capacité du céphalopode à modifier ses propres gènes cérébraux. Cette capacité d’édition de l’ARN messager ne se produit que dans une poignée de protéines importantes du système nerveux chez l’homme, dans moins de 1%, mais chez les céphalopodes, elle est beaucoup plus répandue.
Habituellement, les changements dans la construction d’un animal se produisent avec des mutations dans ses plans d’ADN. Mais dans ce cas, c’est l’ARN messager – qui fabrique les protéines – qui effectue les changements. Il semble que cette capacité donne aux céphalopodes plus de flexibilité pour s’adapter rapidement à leur environnement, le constructeur étant capable d’improviser pour s’adapter à de nouvelles conditions, mais ce n’est pas encore entièrement établi.
Albertin et son équipe ont découvert que l’édition de l’ARN des animaux se divise en deux catégories distinctes, les éditions neurales et non neurales. Non seulement ceux-ci se produisent dans différents tissus, mais la fréquence à laquelle l’édition se produit est également radicalement différente, l’édition associée au système nerveux se produisant beaucoup plus fréquemment, ce qui suggère qu’elle est extrêmement importante pour le fonctionnement de ces animaux.
Ces mécanismes inhabituels ont tous contribué à la construction des intelligences extraterrestres dont nous nous émerveillons tous maintenant, au cours des 300 millions d’années écoulées depuis que le calmar et la pieuvre ont partagé pour la dernière fois un ancêtre commun. Nous avons hâte de voir ce que leurs étranges génomes vont révéler d’autre.
Cette recherche a été publiée ici et ici dans : Communication Nature :.
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