Les neuroscientifiques ont développé un modèle informatique pour expliquer comment un ver nématode cherche de la nourriture, révélant que des cellules cérébrales uniques peuvent à la fois détecter l’environnement et contrôler la stratégie de recherche de nourriture d’un animal entier.
L’étude, impliquant une équipe de scientifiques de l’Université de Leeds et du Centre médical universitaire Erasmus de Rotterdam, a impliqué les espèces de nématodes microscopiques, Caenorhabditis elegans.
Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Biologie des communications, les chercheurs montrent que les cellules sensorielles de cet animal ne captent pas seulement les signaux de l’environnement, elles traitent également ces informations pour orienter la prise de décision qui dicte le mouvement de l’animal.
Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient généralement que les informations provenant des cellules sensorielles étaient envoyées à d’autres circuits du cerveau de l’animal pour la prise de décision et le contrôle du comportement.
Le professeur Netta Cohen, neuroscientifique computationnelle à l’Université de Leeds et co-auteur principal de l’article, a déclaré: « Nos résultats sont surprenants – nous avons trouvé des mécanismes simples par lesquels les cellules savoureuses de sel conduisent une stratégie plutôt sophistiquée pour rechercher de la nourriture. »
Modèle de recherche de nourriture
Les espèces C. elegans se nourrit de bactéries dans les plaques de végétation en décomposition dans les sols. Ces parcelles de nourriture sont susceptibles de varier en taille et d’être éloignées les unes des autres, avec pour résultat que les colonies de vers subissent une existence « boom or bust ». Pour un animal individuel, la recherche de nourriture avec succès est une question de vie ou de mort.
Pour augmenter ses chances de survie, le ver a développé une stratégie de recherche de nourriture où il sillonnera aléatoirement une zone à la recherche de nourriture : s’il ne trouve pas de nourriture, l’animal s’éloignera à la recherche d’autres zones avec de la nourriture possible.
Les chercheurs ont réalisé des expériences et développé un modèle qui explique comment les capteurs gustatifs du ver traitent les informations de l’environnement pour orienter son comportement de recherche de nourriture.
Ils croient que le ver utilise son goût de sel dans le sol comme « balises de navigation », se déplaçant vers eux puis, si la nourriture n’est pas trouvée, s’en éloignant.
Cellules sensorielles attirées par le sel
Le système nerveux de C. elegans contient 302 cellules, dont deux cellules gustatives qui sont stimulées par la présence de sel. Ces deux cellules sensorielles réagissent différemment : l’une est stimulée par l’augmentation des niveaux de sel, l’autre par la diminution des niveaux de sel.
Le point de départ de cette étude a été la découverte par des chercheurs dirigés par le Dr Gert Jansen à Rotterdam que lorsqu’une de ces cellules est active, l’autre est « endormie ».
Le professeur Cohen a déclaré: « Lorsqu’un nématode détecte pour la première fois un environnement salé, la cellule sensorielle sensible à l’augmentation des concentrations de sel est stimulée – et fournit toutes les informations dont l’animal a besoin pour se diriger vers la zone de sel. »
Mais si l’animal ne localise pas la nourriture après quelques minutes, la cellule sensorielle devient désensibilisée. Pendant ce temps, l’autre cellule gustative, stimulée par la diminution des niveaux de sel, devient active, induisant des virages serrés qui aident à garder l’animal sur le sel. Le résultat est que l’animal explore préférentiellement de plus grandes plaques de sel.
Les deux cellules sensorielles travaillent pour que le ver se nourrisse sur une plaque de sel. Mais que se passe-t-il s’il ne trouve pas de nourriture ? Le Dr Gert Jansen et son groupe ont découvert que deux cellules sensorielles supplémentaires sont recrutées dans le circuit de détection du sel lorsque les animaux sont exposés au sel.
On pensait initialement que ces cellules sensorielles supplémentaires alertaient le ver des dangers de l’environnement, lui permettant de changer brusquement de direction et de se mettre hors de danger. Mais l’étude a révélé que ces cellules d’évitement des dommages s’activent et se désactivent également dans le cadre de sa stratégie de navigation, ce qui lui permet de changer brusquement de direction pour éviter le sel, étendant ainsi sa zone de recherche de nourriture.
Au fil du temps, tous les capteurs continuent de basculer entre leurs états activés et désactivés, contrôlant ainsi une stratégie de recherche de nourriture riche et dynamique.
Le professeur Cohen a déclaré: « Nous pensons qu’il s’agit d’un mécanisme intégré à ces cellules sensorielles. Non seulement il est remarquablement efficace, mais étonnamment, car tout se déroule à l’intérieur des capteurs, il est très facile à mettre en œuvre avec la boîte à outils de base que presque tous les cerveaux cellules ont à leur disposition.
« Tandis que C. elegans peuvent utiliser des signaux de sel pour chercher de la nourriture, nous soupçonnons que des mécanismes similaires peuvent être utilisés par d’autres animaux pour s’occuper de manière sélective d’autres signaux ou caractéristiques de l’environnement.
