Le dernier ancêtre commun des céphalopodes et des vertébrés existait il y a plus de 500 millions d'années. En fait, un calmar est plus étroitement lié à une palourde qu'à une personne. Même ainsi, les deux lignées ont indépendamment développé des yeux de type objectif d'appareil photo avec des caractéristiques très similaires :une seule lentille à l'avant et une rétine en forme de coupe à détection d'image à l'arrière.

La similitude a amené les scientifiques à se demander pendant des décennies comment les calmars et leurs cousins ​​​​obtenaient leurs yeux. Dans une recherche publiée cette semaine dans BMC Biology , un laboratoire d'Harvard se rapproche de l'élucidation du mystère.

Les chercheurs du FAS Center for Systems Biology ont découvert un réseau de gènes importants dans le développement des yeux de calmar qui sont connus pour jouer également un rôle crucial dans le développement des membres chez les animaux, y compris les vertébrés et les insectes. Les scientifiques disent que ces gènes ont été réutilisés dans le calmar pour fabriquer des yeux de type objectif d'appareil photo.

Les résultats pourraient aider les chercheurs à comprendre comment ces gènes et les voies cellulaires sur lesquelles ils sont connus fonctionnent réellement chez les céphalopodes et les vertébrés. Ils fournissent également un exemple innovant de la façon dont différentes lignées animales peuvent habilement détourner les outils génétiques de leur arsenal et les adapter pour accomplir des exploits évolutifs surprenants.

"C'était assez choquant parce que très peu de gens pensent qu'une lentille oculaire ressemble beaucoup à une jambe", a déclaré Kristen Koenig, chercheur distingué en sciences à John Harvard et auteur principal de l'étude. "L'une des grandes questions en biologie est de savoir comment créer de nouvelles [caractéristiques morphologiques]. La lentille de calmar est une nouveauté pour leur lignée. Ils ont dû fabriquer une lentille à partir de zéro pour pouvoir vraiment bien voir. Ce que ce travail implique est que vous devez prendre les outils dont vous disposez et les utiliser à de nouvelles fins."

Les scientifiques du laboratoire Koenig émettent l'hypothèse que le réseau de gènes qu'ils ont découvert dans le calmar n'est peut-être pas important pour créer des organes spécifiques, mais ils peuvent faire quelque chose de plus générique qui est utile pour certaines fonctions de développement, y compris le développement des membres et du cristallin. Ces autres fonctions de développement pourraient inclure une expression génétique précise qui place les bons types, nombres et formes de cellules au bon endroit au bon moment. Les membres et les lentilles oculaires, par exemple, commencent par une feuille plate de cellules qui se modèlent en cercles concentriques, un dessin semblable à une cible, et se développent à partir de là jusqu'à leurs formes finales.

"Notre découverte décompose l'idée que le réseau a évolué uniquement pour la fonction" d'excroissance des membres ", mais sert plutôt une fonction plus large pour tout type de motif nécessitant ce motif en forme de cercle concentrique, y compris les membres, la lentille, la croissance des dents et potentiellement d'autres nous n'avons pas encore identifié", a déclaré Kyle J. McCulloch, chercheur postdoctoral au laboratoire Koenig et auteur principal de l'étude.

Les chercheurs ont eu une meilleure idée du rôle que ces gènes jouent dans le développement des yeux de calmar en manipulant une voie cellulaire appelée voie de signalisation WNT. Chez les mouches des fruits, c'est la voie connue pour déclencher les gènes qui conduisent au développement des membres.

Les chercheurs se sont demandé comment un groupe de gènes importants pour le développement des jambes fabriquait le cristallin et ce que faisait la voie de signalisation WNT dans le développement du cristallin. Ils ont mené l'expérience sur des embryons de calmar et ont découvert que la suractivation de cette voie entraînait la perte du cristallin. C'est ce qui a amené les scientifiques à croire que les différences dans la façon dont la signalisation WNT agit sur ces gènes peuvent être importantes pour la façon dont le calmar contrôle l'expression des gènes dans le membre par rapport au cristallin.

Le laboratoire prévoit de continuer à étudier ces gènes et de comparer leur fonction dans le développement du cristallin à leur fonction dans le développement d'autres caractéristiques morphologiques.

"En fin de compte, ce travail montre la puissance de l'étude de divers systèmes", a déclaré Koenig. "Il est surprenant que des gènes que nous avons si bien étudiés dans d'autres systèmes modèles comme les mouches des fruits et les vertébrés, et dont nous pensions comprendre que leur fonction était de fabriquer des pattes, soient utilisés pour cet organe totalement différent chez le calmar. Cela change la façon dont nous réfléchissez à ce que ces gènes canoniques font dans le développement. En regardant à travers la diversité de la vie, nous pourrions en fait comprendre ce que ces gènes font avec plus de précision.