Comment l'intestin, la peau et la musculature évoluent ? Cette question préoccupe les scientifiques depuis plus d'un siècle. Grâce à l'étude du développement embryonnaire des anémones de mer, une très ancienne lignée animale, des chercheurs de l'Université de Vienne sont maintenant parvenus à des conclusions qui remettent en cause l'hypothèse vieille de 150 ans de l'homologie (origine évolutive commune) des couches germinales qui forment tous les organes et tissus ultérieurs.

Selon une hypothèse vieille de 150 ans, tous les tissus et organes de notre corps dérivent de l'une des trois couches germinales établies au début de l'embryogenèse. Cette "hypothèse de la couche germinale" affirme que la peau et le système nerveux dérivent de la couche externe de l'ectoderme, l'intestin et certains organes internes, comme le pancréas, dériver de la couche interne de l'endoderme, tandis que les muscles et les gonades proviennent de la couche intermédiaire, le mésoderme. Tôt, les chercheurs ont noté une différence fondamentale dans le nombre de couches germinales dans différents groupes d'animaux.

Alors que la plupart des animaux, comme les humains, insectes et vers, se développer à partir de trois couches germinales, les cnidaires (coraux, anémones de mer ou méduses) n'ont pas la couche intermédiaire et ne présentent que deux couches cellulaires au cours du développement et tout au long de la vie. L'émergence du mésoderme en tant que troisième couche germinale intermédiaire est considérée comme un événement clé au cours de l'évolution des animaux complexes. Jusque là, cependant, la façon dont le mésoderme a évolué était controversée, et comment les deux couches germinales cnidaires se rapportent aux trois couches de la plupart des autres animaux. Une nouvelle publication du laboratoire d'Ulrich Technau au Département d'évolution moléculaire et de développement de l'Université de Vienne présente une vision fondamentalement nouvelle de l'évolution des couches germinales.

Le plus intérieur, L'endoderme formant l'intestin a toujours été considéré comme lié à l'évolution entre les cnidaires et les autres animaux. Dans leur étude, Technau et ses collègues ont maintenant testé cette hypothèse en retraçant l'origine embryonnaire des cellules productrices d'enzymes digestives ainsi que leurs gènes régulateurs du développement typiques de l'intestin et du pancréas chez une anémone de mer. Les auteurs montrent que chez les anémones de mer, contre toutes les croyances antérieures, les cellules des glandes productrices d'enzymes digestives et d'insuline ne se développent pas à partir de l'endoderme mais à partir de la partie ectodermique de la bouche, le pharynx. « J'ai été perplexe lorsque j'ai vu pour la première fois que tous les dérivés endodermiques des anémones de mer sont totalement dépourvus de cellules des glandes digestives. Ce n'était pas ce qui est enseigné dans les manuels de biologie », explique Patrick Steinmetz, qui a contribué à la plupart des expériences et est maintenant chef de groupe à l'Université de Bergen en Norvège.

"Les résultats changent complètement la façon dont nous pensons à l'origine des couches germinales. Cela signifie que "l'endoderme" chez les anémones de mer et les vertébrés, bien qu'ils s'appellent de la même façon, ne sont en fait pas liés à l'évolution », ajoute Ulrich Technau. Si l'ectoderme buccal de l'anémone de mer et non l'endoderme correspond à l'intestin et au pancréas des vertébrés, alors quel est le corrélat vertébré de l'endoderme de l'anémone de mer ? Lorsque Steinmetz et Technau ont approfondi cette question, ils ont trouvé de fortes similitudes entre l'endoderme cnidaire et la couche intermédiaire du mésoderme :tous deux partagent un grand nombre de gènes régulateurs, et les deux donnent naissance à des types cellulaires similaires tels que les cellules musculaires ou gonadiques. L'anémone de mer montre donc un corrélat clair du mésoderme, mais pas dans une position intermédiaire comme chez les animaux à trois couches. Positionnement, et non l'émergence nouvelle, de tissu entre l'intestin et la peau était donc l'événement clé qui a conduit à l'évolution des animaux à trois couches.

"Une écrasante majorité des animaux développent aujourd'hui trois couches germinales, et nous avons fait un grand pas vers la compréhension de l'un des événements les plus cruciaux sous-jacents à cette success story évolutive", conclut Steinmetz.