Les capacités cognitives de ces animaux pourraient dériver d’une analogie moléculaire avec le cerveau humain.
La pieuvre est un organisme exceptionnel, doté d’un cerveau extrêmement complexe et de capacités cognitives uniques parmi les invertébrés. À tel point que, à certains égards, il a plus en commun avec les vertébrés qu’avec les invertébrés. La complexité neurale et cognitive de ces animaux pourrait découler d’une analogie moléculaire avec le cerveau humain, comme l’a découvert une équipe de recherche internationale, coordonnée par Remo Sanges de l’École internationale d’études avancées (SISSA) de Trieste et par Graziano Fiorito della Anton Dohrn Station Zoologique de Naples. En particulier, les chercheurs ont montré comment certains gènes spécifiques, appelés transposons, sont actifs à la fois dans le cerveau humain et dans celui de deux espèces de poulpe, lePoulpe vulgaire la pieuvre commune et leOctopus bimaculoïdes, la pieuvre californienne. Ces gènes, qui représentent 45% de notre matériel génétique, sont capables de « sauter » d’un point du génome à un autre par des mécanismes moléculaires de copier-coller ou couper-coller, mélanger ou dupliquer.
Dans la plupart des cas, ces éléments mobiles sont inactifs, mais certains sont encore potentiellement actifs, comme ceux appartenant à la famille dite LINE (Longs éléments nucléaires entrecoupés), présents à une centaine d’exemplaires dans le génome humain, dont l’activité s’est avérée finement régulée dans le cerveau, probablement associée à des compétences cognitives telles que l’apprentissage et la mémoire : ces éléments sont particulièrement actifs dans l’hippocampe, la structure la plus importante de notre cerveau pour le contrôle neuronal des processus d’apprentissage.
Comme notre génome, le génome de la pieuvre est également riche de ces gènes mobiles, pour la plupart inactifs, mais en se concentrant sur des transposons encore capables de copier-coller, les chercheurs ont identifié un élément de la famille LINE dans des parties cruciales du cerveau pour la capacités cognitives de ces animaux. La découverte a été rendue possible grâce aux techniques de séquençage de nouvelle génération, qui ont été utilisées pour analyser la composition moléculaire des gènes actifs dans le système nerveux de la pieuvre. « La découverte d’un élément de la famille LINE, actif dans le cerveau des deux espèces de pieuvres, est très significative car elle conforte l’idée que ces éléments ont une fonction spécifique qui va au-delà du copier-coller. – a expliqué Remo Sanges, directeur du laboratoire Computational Genomics de SISSA, qui a commencé à travailler sur ce projet alors qu’il était chercheur à la station zoologique Anton Dohrn de Naples.
L’étude, publiée dans BMC Biologiea été menée par une équipe internationale composée de plus de vingt chercheurs du monde entier.
« J’ai littéralement sauté sur ma chaise quand, au microscope, j’ai vu un très fort signal d’activité de cet élément dans le lobe vertical, la structure du cerveau qui chez la pieuvre est le siège des capacités d’apprentissage et cognitives, tout comme l’hippocampe chez les humains.» se souvient Giovanna Ponte de la station zoologique d’Anton Dohrn. Selon Giuseppe Petrosino de la station zoologique d’Anton Dohrn et Stefano Gustincich de l’Institut italien de technologie, cette analogie entre l’homme et la pieuvre concernant l’activité d’un élément LINE dans la capacité cognitive pourrait s’expliquer comme « un exemple fascinant d’évolution convergente, phénomène par lequel, chez deux espèces génétiquement éloignées, le même processus moléculaire se développe indépendamment, en réponse à des besoins similaires« .
« Le cerveau du poulpe est fonctionnellement similaire dans bon nombre de ses caractéristiques à celui des mammifères – a déclaré Graziano Fiorito, directeur du département de biologie et évolution des organismes marins de la station zoologique d’Anton Dohrn -. Aussi pour cette raison l’élément LINE identifié représente un candidat très intéressant à étudier pour améliorer nos connaissances sur l’évolution de l’intelligence« .