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Fouiller dans une éponge pour trouver l’origine de notre cerveau

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Fouiller dans une éponge pour trouver l’origine de notre cerveau

Fouiller dans une éponge pour trouver l’origine de notre cerveau

Une éponge d’eau douce dans le Rhône.

Les découvertes majeures empruntent souvent des chemins inattendus. Pour établir la théorie de la gravitation universelle, Isaac Newton a suivi la chute d’une pomme. L’équipe de Detlev Arendt, au Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) de Heidelberg (Allemagne), affiche une ambition presque aussi grande que le savant britannique : trouver l’origine de notre cerveau. Et pour cela, elle a choisi de fouiller les entrailles des éponges. L’article publié le 4 novembre dans Science devrait l’inciter à poursuivre la démarche, tant les résultats annoncés paraissent prometteurs. Au terme d’un long travail, impliquant des laboratoires en Europe mais aussi aux Etats-Unis et en Chine, les chercheurs ont retrouvé, dans le système digestif des éponges, une activité cellulaire proche de celle en vigueur autour de nos synapses.

Pourquoi l’éponge ? « Parce que c’est l’animal les plus éloigné de nous, notre plus lointain cousin sur l’arbre de la vie », répond sans hésiter Jacob Musser, biologiste de l’évolution à l’EMBL et premier signataire de l’article. Pas de cerveau, pas de muscles. Juste un corps construit autour de canaux, qui filtre l’eau, rejette les déchets, le tout accroché à un rocher. Et c’est précisément cette distance qui la rend précieuse. Car lorsqu’elle est apparue, il y a 600 millions d’années, aucun animal ne disposait de système nerveux. Leur fonctionnement offre donc une fenêtre sur notre passé. A condition que celle-ci soit correctement orientée.

Or en 2010, le premier séquençage du génome d’une éponge a révélé que l’animal possédait des gènes « synaptiques », similaires à ceux utilisés chez les animaux évolués pour la communication entre neurones. « Nous nous sommes dit qu’en comprenant ce que les éponges faisaient avec ces gènes, nous pourrions déterminer le rôle des protéines qu’ils créaient avant l’apparition des synapses et le type de cellules ayant permis la croissance des premiers neurones », raconte Detlev Arendt (EMBL), autre signataire de l’article.

Deux types cellulaires dans la chambre digestive

L’équipe de l’EMBL a poursuivi le travail, profitant du développement de l’imagerie intervenu entre-temps. Elle a d’abord identifié l’ensemble des gènes synaptiques de l’éponge d’eau douce Spongilla lacustris. Puis mis en évidence chez elle dix-huit types cellulaires différents, dont cinq jusqu’ici inconnus. Ces chercheurs ont ensuite pu déterminer quels gènes étaient actifs dans chaque type cellulaire. Enfin, microscopie électronique et imagerie synchrotron aux rayons X leur ont permis de suivre les cellules dans l’animal. « C’est là que nous avons eu notre moment Eurêka ! », raconte Jacob Musser. Dans la chambre digestive de l’éponge, les deux scientifiques ont vu successivement apparaître deux types cellulaires, les uns reliés aux gènes présynaptiques, les autres associés aux gènes postsynaptiques. Mieux : ils ont montré que ces deux types interagissaient. Clin d’œil de l’histoire des sciences, le premier de ces deux types, connu depuis 1955, avait été baptisé par son découvreur, le Français Max Pavens de Ceccatty, « cellule neuroïde », en raison de sa forme.

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