On sait depuis longtemps que les calmars portent des grappes de cellules sensorielles microscopiques sur la tête et les bras, des structures qui ressemblent de manière frappante aux cellules ciliées enfouies profondément dans l'oreille humaine. Ce que les chercheurs de la Case Western Reserve University ont maintenant découvert, c'est que ces cellules ne se limitent pas du tout à ces régions. Les animaux en possèdent des centaines d'autres, réparties sur toute la surface de leur corps, selon une étude publiée dans le numéro actuel de Current Biology.
Ce travail constitue la première cartographie corporelle complète des lignes latérales du calmar, les réseaux sensoriels constitués de cellules ciliées, et il pourrait offrir aux scientifiques une nouvelle façon d'explorer le fonctionnement de l'audition et la manière dont elle défaille chez l'humain.
Un système sensoriel qui couvre tout l'animal
Les cellules ciliées sont des cellules spécialisées surmontées de faisceaux de minuscules protubérances ressemblant à des cheveux. Lorsque ces faisceaux sont déviés par le mouvement, la cellule répond, convertissant une poussée mécanique en signal biologique. Ce mécanisme de base sous-tend un large éventail de capacités sensorielles dans tout le règne animal, et chez l'humain, il constitue le point de départ de chaque son que nous percevons.
Chez le calmar, ces cellules avaient auparavant été documentées sur la tête et les bras. L'équipe de Case Western Reserve a découvert que le même type de cellule tapisse également la surface du corps, ajoutant des centaines d'unités supplémentaires à la population connue. Selon Brian McDermott, professeur associé à la Case Western Reserve School of Medicine, qui a dirigé l'équipe de recherche, les calmars sont des céphalopodes dotés d'une population diversifiée de cellules ciliées à la surface de leur corps. Cette population, a-t-il déclaré, pourrait apporter des éclairages non seulement sur la manière dont ces animaux détectent les mouvements de l'eau pour survivre, mais aussi sur la façon dont l'audition et la surdité se produisent chez l'humain.
La cartographie tridimensionnelle des lignes latérales est la première du genre pour le calmar, et elle repositionne un animal habituellement étudié pour son système nerveux et ses capacités de camouflage comme un modèle potentiel pour la biologie sensorielle également.
Imager un corps entier sans le détruire
Trouver les cellules nécessitait une technique capable de scruter à travers les tissus sans les déchirer. L'équipe s'est appuyée sur la microscopie à feuille de lumière, une méthode d'imagerie de pointe qui utilise un laser pour créer une fine nappe de lumière. Plutôt que d'éclairer un spécimen entier d'un seul coup, la feuille illumine un seul plan à la fois, et la pile d'images résultante peut être assemblée en reconstructions tridimensionnelles détaillées.
Parce que seule une fine tranche de tissu est exposée à la lumière à un moment donné, l'approche minimise également les dommages à l'échantillon, un avantage crucial lorsque l'objectif est d'examiner des structures délicates à travers un organisme entier plutôt qu'une seule région disséquée. Une étude qui doit cataloguer des cellules de la tête à la queue serait difficile à réaliser avec des méthodes qui dégradent les tissus au fur et à mesure.
Une partie de la recherche s'est déroulée au Marine Biological Laboratory de Woods Hole, dans le Massachusetts, dans le cadre d'un programme de bourse de trois ans axé sur la façon dont les calmars entendent. Carsten Wolff, directeur associé du service d'imagerie et chercheur en imagerie au MBL, a travaillé avec le groupe de Case Western Reserve. L'équipe comprenait également des étudiants de troisième cycle et de premier cycle de l'université.
Les cellules ciliées cachées dans l'oreille humaine
La comparaison avec l'audition humaine n'est pas anodine. Lorsque les vibrations sonores pénètrent dans l'oreille, elles voyagent jusqu'à la cochlée, un organe en forme d'escargot situé dans l'oreille interne et tapissé de milliers de cellules ciliées. Chacune de ces cellules porte un faisceau de minuscules structures ressemblant à des cheveux qui répondent aux vibrations entrantes, déclenchant les signaux que le cerveau interprète comme du son.
Ces cellules humaines se trouvent profondément à l'intérieur du crâne, enfermées dans l'os et difficiles d'accès. Les cellules de calmar imagées par l'équipe de Case Western Reserve se trouvent à l'extérieur du corps, visibles sur toute la surface de l'animal. Ce contraste est au cœur de la promesse de l'étude : les chercheurs suggèrent que la découverte pourrait ouvrir une fenêtre sans précédent sur la façon dont les humains utilisent leur audition et dont ils la perdent. Un type de cellule difficile à voir chez une espèce se révèle étalé à la vue de tous chez une autre.
Pourquoi un animal marin compte pour la recherche sur l'audition
Pour le calmar, les cellules ciliées sont un outil de survie. Les réseaux de lignes latérales détectent les mouvements de l'eau, aidant les animaux à percevoir leur environnement lorsqu'ils voyagent dans l'océan, trouvent leurs proies et évitent les menaces. Parce que ces réseaux sont répartis sur la surface du corps, ils peuvent être examinés et étudiés de manières impossibles pour l'oreille interne humaine.
Cette accessibilité est ce qui rend la découverte pertinente bien au-delà de la biologie marine. En cartographiant où se situent les cellules et comment elles sont organisées en réseaux, les chercheurs obtiennent un système de référence pour se demander comment les faisceaux de cellules ciliées se forment, comment ils sont disposés les uns par rapport aux autres, et ce qui se passe lorsque ces structures sont perturbées. Ces questions sont au cœur même du travail que l'étude sur le calmar vise à éclairer : comprendre comment l'audition et la surdité se produisent chez l'humain.
- L'étude documente des cellules ciliées sur toute la surface corporelle du calmar, et pas seulement sur la tête et les bras.
- Elle fournit la première cartographie complète des lignes latérales du calmar, les réseaux que ces cellules forment.
- La microscopie à feuille de lumière a rendu possible l'examen du corps entier en imageant un plan à la fois en trois dimensions.
- L'objectif déclaré de l'équipe est d'utiliser le calmar comme une fenêtre sur l'audition et la surdité humaines.
Questions ouvertes et prochaines étapes
La carte corporelle complète soulève autant de questions qu'elle en résout. Le fonctionnement des cellules nouvellement découvertes le long du corps dans la vie quotidienne du calmar, et leur relation avec les réseaux plus denses sur la tête et les bras, reste à élucider. Le programme de bourse de trois ans qui a soutenu ce travail était précisément conçu pour étudier la façon dont les calmars entendent, de sorte que l'étude d'imagerie servira probablement de base à des études fonctionnelles ultérieures.
Elle laisse également ouverte la question de la généralité du schéma. La découverte de l'équipe est spécifique au calmar, et sa transposition en principes généraux sur l'organisation des cellules ciliées chez les céphalopodes nécessiterait des études similaires sur d'autres espèces. Les méthodes utilisées ici rendent toutefois ces comparaisons bien plus réalisables qu'elles ne l'étaient auparavant.
Pour l'instant, la contribution de l'étude est structurelle : un inventaire tridimensionnel détaillé de l'emplacement de ces cellules sensorielles, chez un animal dont le plan corporel les rend exceptionnellement visibles. Savoir si cette visibilité se traduira par des réponses sur l'audition humaine dépendra de ce que les chercheurs découvriront ensuite, mais la découverte leur remet un ensemble de cellules bien plus vaste à étudier que quiconque s'attendait à en trouver.
Cet article est basé sur un reportage de Phys.org. Lire l'article original.
Originally published on phys.org
