Des protéines ultra-spécialisées permettent aux poulpes et aux calmars de goûter les surfaces avec leurs ventouses – et ces protéines sont adaptées au mode de vie de chaque animal.

Les poulpes et les calmars utilisent tous deux les ventouses de leurs membres pour s’attaquer à leur proie et goûter leur proie en même temps. Maintenant, une paire d’études décrit comment ces animaux « goûtent en touchant » – et comment l’évolution les a dotés de la capacité sensorielle parfaite pour leur mode de vie.

La recherche détaille la structure des récepteurs qui clouent les ventouses des animaux. Ces récepteurs transmettent des informations qui permettent à la créature de goûter les produits chimiques sur une surface indépendamment de ceux qui flottent dans l’eau.

Armé de cervelle

Les céphalopodes – le groupe qui comprend les pieuvres et les calmars – fascinent depuis longtemps les neuroscientifiques parce que leur cerveau et leur système sensoriel ne ressemblent à ceux que l’on trouve chez aucun autre animal. 

Les pieuvres, par exemple, ont plus de neurones dans leurs bras que dans leur cerveau central : une structure qui permet à chaque bras de fonctionner indépendamment comme s’il avait son propre cerveau.

 Et les chercheurs savent depuis longtemps que les centaines de ventouses sur chaque bras peuvent à la fois sentir l’environnement et le goûter.

Le biologiste moléculaire Nicholas Bellono de l’Université de Harvard à Cambridge, dans le Massachusetts, et son groupe étudiaient la pieuvre à deux points de Californie ( Octopus bimaculoides ) lorsqu’ils ont découvert une structure distinctive à la surface des cellules des tentacules de l’animal. 

Bellono soupçonnait que cette structure agissait comme un récepteur pour les produits chimiques dans l’environnement de la pieuvre. 

Il a contacté le neurobiologiste Ryan Hibbs de l’Université de Californie à San Diego, qui étudie des récepteurs dont l’architecture est similaire aux structures de pieuvre découvertes par l’équipe de Bellono : les deux types sont constitués de cinq protéines en forme de tonneau regroupées pour former un tube creux.

Lorsque les chercheurs ont examiné le génome de la pieuvre, ils ont trouvé 26 gènes pour ces protéines en forme de tonneau, qui pourraient être mélangées pour créer des millions de combinaisons distinctes en cinq parties qui détectent divers goûts .

 Les chercheurs ont découvert que les récepteurs de la pieuvre avaient tendance à se lier à des molécules « graisseuses » qui ne se dissolvent pas dans l’eau, ce qui suggère qu’ils sont optimisés pour détecter des produits chimiques sur des surfaces telles que la peau d’un poisson, le fond marin ou les propres œufs de la pieuvre.

Les auteurs pensent qu’avoir une grande variété de molécules dans les ventouses pourrait permettre à une pieuvre de déterminer rapidement ce qu’elle goûte, sans avoir à envoyer cette information au cerveau pour traitement.

Une pilule amère

Dans la deuxième étude publiée dans Nature , Bellono, Hibbs et leurs collègues ont étudié comment ces récepteurs chimiques sont apparus chez les céphalopodes. 

Les récepteurs semblent avoir évolué à partir de ceux que de nombreux autres organismes utilisent pour envoyer des signaux à travers le système nerveux.

Les chercheurs ont comparé les récepteurs de la pieuvre avec ceux trouvés dans les tentacules du calmar à boulette rayé ( Sepioloidea lineolata ) et ont découvert que les récepteurs du calmar répondaient à des molécules qui produisaient un goût amer. 

Cela suggère qu’un calmar pourrait choisir d’accepter ou de rejeter sa proie en fonction de ce goût particulier.

L’analyse des génomes des calmars et des poulpes a montré que les récepteurs avaient évolué indépendamment après que les ancêtres des calmars et des poulpes ont divergé il y a environ 300 millions d’années, acquérant de nouvelles propriétés au fil du temps. 

Le besoin de différents types de récepteurs est logique : les calmars flottent dans l’eau, voient leur proie et lancent des tentacules pour la capturer, ce qui signifie que leurs ventouses ne goûtent pas un poisson tant qu’elles ne le touchent pas. 

Mais pour les pieuvres, qui ont tendance à s’asseoir sur le fond marin et à se frayer un chemin à la recherche de proies, il est crucial d’avoir une variété de ventouses tentaculaires sensibles.

« Avoir autant d’informations si rapidement est vraiment excitant », déclare Cliff Ragsdale, biologiste de l’évolution à l’Université de Chicago, Illinois. 

Il dit que les résultats soulèvent de nombreuses questions, notamment comment les ventouses envoient des informations sensorielles au cerveau de la pieuvre et comment le cerveau les interprète.

doi : https://doi.org/10.1038/d41586-023-01010-3