Récemment, différents projets de recherche ont montré que même de simples créatures dotées d'un système nerveux diffus peuvent présenter un comportement neuronal complexe, par exemple le traitement des signaux visuels ou ce que l'on appelle l'apprentissage associé.

Des chercheurs du groupe de biologie cellulaire et développementale de l'Institut de zoologie de l'Université de Kiel étudient l'un de ces organismes multicellulaires simples, le polype d'eau douce Hydra.

Dans des études précédentes, l'équipe de recherche du Centre de Recherche Collaborative (CRC) 1182 "Origine et Fonction des Métaorganismes" dirigée par le professeur Thomas Bosch a découvert des liens entre le comportement alimentaire de l'Hydre et les neurones impliqués.

Les chercheurs ont identifié certaines populations nerveuses du polype d’eau douce qui contrôlent, entre autres, l’ouverture de la bouche des animaux. Dans une étude de suivi, ils ont observé que les animaux nourris réagissaient différemment aux stimuli alimentaires et présentaient également une locomotion réduite après l'alimentation par rapport aux individus affamés.

Dans une prochaine étape, les chercheurs veulent maintenant découvrir comment les animaux intègrent un état métabolique complexe tel que la satiété et modifient leur comportement en conséquence. Dans leur étude, l'équipe de recherche a pu prouver que le système nerveux de l'Hydre peut réellement « mesurer » l'état métabolique interne.

Ils ont découvert qu’Hydra possède deux populations nerveuses spécifiques et indirectement connectées dont l’activité change en fonction de la sensation de satiété. Semblable aux organismes beaucoup plus complexes des vertébrés, une population nerveuse est responsable de la digestion et une autre de l'intégration de la satiété et des changements de comportement.

Pris ensemble, ces résultats peuvent faire allusion aux premiers stades d’un système nerveux centralisé. L'équipe de recherche du CRC 1182, également active au sein du Collaborative Research Center 1461 "Neurotronics", a publié ses nouveaux résultats dans la revue Cell Reports .

La sensation de satiété chez l'Hydre influence l'alimentation et les comportements associés

Premièrement, les chercheurs ont étudié l’influence directe de la prise alimentaire sur le comportement alimentaire d’Hydra. Les animaux nourris avec leur nourriture naturelle ont montré une réaction limitée aux stimuli alimentaires jusqu'à huit heures après et ont ouvert la bouche beaucoup plus lentement, voire pas du tout.

Dans le cadre d’expériences supplémentaires, l’équipe de recherche a observé d’autres changements de comportement indirectement liés à la prise alimentaire. "Par exemple, après avoir nourri les animaux, ils ont montré une attirance significativement moindre pour les stimuli lumineux et une suppression tout aussi forte des schémas de mouvement naturels.

"Une possibilité est qu'Hydra se déplace vers la lumière à la recherche de nourriture, effectuant une locomotion semblable à un saut périlleux. Par conséquent, la sensation de satiété inhibe ces comportements, car les animaux nourris n'ont temporairement pas besoin de chercher de la nourriture", explique le Dr Christoph. Giez, chercheur associé dans le groupe de recherche Biologie cellulaire et développementale.

L'activité des cellules nerveuses dépend de l'état métabolique interne

Dans l'étape suivante, les chercheurs de Kiel ont étudié la question de savoir comment fonctionne le contrôle neuronal de ces vastes schémas comportementaux et si la « détection » de l'état métabolique peut être détectée dans l'activité de certaines cellules nerveuses.

"Une population nerveuse spécifique dans la couche tissulaire externe présente une fréquence accrue pendant l'alimentation, qu'il y ait encore ou non de la nourriture dans la cavité corporelle. Cette activité diminue à nouveau avec le temps jusqu'à ce que l'animal revienne à un comportement alimentaire normal", explique Giez. .

L'activité d'une autre population nerveuse dans la couche tissulaire interne des animaux est déterminée par la présence ou non de nourriture dans le tube digestif de l'animal. Leur activation semble dépendre de la stimulation mécanique par les composants alimentaires.

Les chercheurs ont mené d'autres expériences fonctionnelles pour étudier un lien entre l'activité de ces deux populations nerveuses dans ce qu'on appelle l'endoderme et l'ectoderme et le comportement des animaux en fonction de leur satiété.

Lorsqu’ils ont retiré expérimentalement les neurones de l’ectoderme, les animaux ont perdu la capacité de se déplacer et de s’orienter vers la lumière. Les cellules nerveuses endodermiques, quant à elles, sont directement liées à la prise et à l'excrétion alimentaires.

"On pourrait ainsi en déduire que la population ectodermique est principalement responsable de la locomotion et de l'intégration des stimuli", explique Giez. "En démontrant cette sous-fonctionnalisation des neurones dans un système simple, nous avons pu montrer que certaines populations nerveuses de l'Hydre peuvent déjà assumer des fonctions centrales similaires à celles de systèmes nerveux plus complexes."

Les populations nerveuses impliquées dans le comportement alimentaire libèrent des neuropeptides inhibiteurs

Enfin, l'équipe de recherche a étudié si certains peptides ou neurotransmetteurs associés au comportement alimentaire sont produits à différents degrés chez les hydres affamées et rassasiées.

"Nous avons découvert qu'un certain neuropeptide est considérablement régulé négativement chez les animaux rassasiés. On savait déjà que ce neurotransmetteur est également impliqué dans le contrôle de la locomotion des animaux, des contractions et de la régulation de la satiété chez d'autres Cnidaires", explique Giez. P>

Il est possible que ce peptide, produit uniquement par les populations nerveuses impliquées dans le comportement alimentaire, joue un rôle important dans la régulation de l'appétit chez l'Hydre, éventuellement en jouant un rôle dans la communication indirecte entre les populations nerveuses internes et externes.

Dans l'ensemble, les chercheurs du CRC 1182 ont ainsi pu retracer la régulation neuronale de la satiété chez Hydra principalement à deux populations nerveuses et leurs effets sur tout un spectre de modèles comportementaux liés à l'alimentation.

"Cela prouve qu'un système très simple tel que le réseau nerveux diffus du polype d'eau douce est déjà capable de détecter quelque chose d'aussi complexe que l'état métabolique interne et peut réguler les comportements associés en conséquence.

"Sur la base de ces observations, nous pourrons en apprendre davantage sur le fonctionnement de cette modulation dans des organismes plus complexes et ainsi progressivement en apprendre davantage sur les origines évolutives de la sensation de faim et son développement ultérieur", explique le chef du groupe de recherche. Professeur Thomas Bosch.