Certains papillons développent leur cerveau en adoptant de nouveaux comportements

Une nouvelle étude menée par l’Université de Bristol a révélé que Héliconius Le cerveau des papillons se développe considérablement en réponse à l’adoption de nouveaux comportements de recherche de nourriture. Plus précisément, une région de leur cerveau connue sous le nom de « corps de champignon » (en raison de sa forme) s’est avérée deux à quatre fois plus grande que celle des espèces de papillons étroitement apparentées.

Ces résultats suggèrent que la structure et la fonction du système nerveux d’un organisme sont étroitement liées à sa niche écologique et à son comportement.

« Héliconius sont les seuls papillons connus pour collecter et digérer le pollen, ce qui leur donne une source adulte de protéines, alors que la plupart des autres papillons obtiennent exclusivement des protéines sous forme de chenilles », a déclaré l’auteur principal Stephen Montgomery, biologiste à Bristol.

« Ce changement de régime permet Héliconius vivre beaucoup plus longtemps, mais ils ne collectent apparemment que le pollen d’espèces végétales spécifiques présentes à de faibles densités. Apprendre l’emplacement de ces plantes est donc pour eux un comportement essentiel, mais pour ce faire, ils doivent probablement investir davantage dans les structures neuronales et les cellules qui soutiennent la mémoire spatiale.

Comment la recherche a été menée

En utilisant une synthèse unique de données comparatives sur la structure cérébrale à grande échelle, la composition cellulaire et la connectivité dans le cerveau, ainsi que des études comportementales inter-espèces, les experts ont examiné la relation entre l’expansion du corps du champignon, la spécialisation sensorielle et l’évolution de l’alimentation en pollen.

Les chercheurs ont construit des modèles 3D du cerveau de 30 espèces de pollinisateurs. Héliconius et 11 espèces de genres étroitement apparentés, collectées en Amérique centrale et en Amérique du Sud. À l’aide de ces données, ils ont mesuré le volume de différentes zones cérébrales et cartographié les emplacements dans les arbres phylogénétiques des papillons où se sont produits des changements évolutifs majeurs dans la composition du cerveau.

Ensuite, les chercheurs ont étudié les changements critiques dans les circuits neuronaux en quantifiant le nombre de neurones dans les corps des champignons et la densité de leurs connexions, tout en traçant les entrées neuronales des régions du cerveau qui traitent les informations visuelles et olfactives avant de les envoyer au cerveau central.

Enfin, en collaboration avec le Smithsonian Tropical Research Institute au Panama, les scientifiques ont mené une série d’expériences comportementales sur plusieurs espèces pour évaluer si l’agrandissement observé du corps du champignon correspondait à une amélioration de l’apprentissage visuel et de la mémoire.

Ce que les chercheurs ont découvert

Les recherches ont révélé une gamme remarquable de variations de la taille du corps des champignons (jusqu’à 25 fois) parmi des espèces étroitement apparentées au cours d’une période d’évolution relativement courte, fournissant un exemple convaincant d’un phénomène connu sous le nom d’« évolution en mosaïque », dans lequel des structures cérébrales spécifiques peuvent varient indépendamment au cours de l’évolution lorsqu’ils sont soumis à de fortes contraintes sélectives d’adaptation comportementale.

« Nous avons identifié que les changements dans la taille du corps du champignon sont dus à un nombre accru de « cellules de Kenyon », les neurones qui forment la majorité du corps du champignon et dont on pense que les interactions sont à la base du stockage de la mémoire, ainsi qu’à l’augmentation des apports de le système visuel », a déclaré Montgomery.

« Cette expansion et cette spécialisation visuelle des corps des champignons se sont accompagnées d’une amélioration des capacités d’apprentissage visuel et de mémoire. Grâce à cette synthèse de types de données, nous fournissons un exemple clair d’un nouveau comportement de recherche de nourriture coïncidant avec des adaptations cérébrales et des changements cognitifs associés.

« Cette étude fournit une combinaison rare de données neurobiologiques et comportementales sur des espèces étroitement apparentées, révélant un exemple clair de changements évolutifs marqués dans le cerveau sur une échelle de temps relativement courte coïncidant avec une amélioration des capacités d’apprentissage visuel et de mémoire. L’identification de telles relations entre les adaptations cérébrales et les changements de comportement est cruciale pour notre compréhension de l’évolution cognitive », a ajouté le co-auteur principal Fletcher Young, expert en biologie évolutive à Bristol.

Mieux comprendre la relation entre l’anatomie du cerveau, le traitement sensoriel et le comportement de recherche de nourriture chez ces papillons pourrait fournir de nouvelles informations sur l’évolution de l’apprentissage et de la mémoire, non seulement chez les insectes, mais aussi chez d’autres animaux, puisque la structure et la fonction des corps des champignons présentent des similitudes significatives. à certains aspects du cerveau des vertébrés.

L’étude est publiée dans la revue Communications naturelles.

En savoir plus sur l’évolution de la mosaïque

L’évolution mosaïque fait référence au processus évolutif dans lequel différentes parties d’un organisme évoluent à des rythmes différents. En d’autres termes, les différents traits ou caractéristiques d’une espèce peuvent ne pas tous changer simultanément ou à la même vitesse au cours de l’évolution.

Par exemple, au cours de l’évolution humaine, nos ancêtres ont commencé à marcher sur deux jambes (bipédie) avant de développer un gros cerveau. Les changements anatomiques requis pour la bipédie se sont produits à un rythme différent de celui des changements conduisant à une augmentation de la taille du cerveau.

Ce concept est important car il remet en question l’idée selon laquelle l’évolution est un processus uniforme et linéaire. Au lieu de cela, il met en évidence la nature complexe et multiforme de l’évolution, où les changements se produisent de manière plus disparate ou en « mosaïque », influencés par divers facteurs tels que les pressions environnementales, la dérive génétique et les taux de mutation.

L’évolution de la mosaïque est souvent discutée dans le contexte de l’évolution des hominidés, ou ancêtres humains, ainsi que dans le contexte d’autres espèces. Il s’agit d’un aspect important pour comprendre l’évolution complète des organismes au fil du temps.

Par Andreï Ionescu, Espèces-menacées.fr Rédacteur