Selon une nouvelle étude de l'Institut des sciences de la vie de l'université du Michigan, une espèce de ver rond largement utilisée dans la recherche biologique peut percevoir les sons et y répondre (écouter), bien qu'elle n'ait pas d'organes ressemblant à des oreilles.
Ces résultats, publiés le 22 septembre dans la revue Neuron, offrent un nouvel outil biologique pour étudier les mécanismes génétiques qui sous-tendent le sens de l'ouïe.
Une nouvelle étude de l'université du Michigan révèle que le ver rond C. elegans (ci-dessus en forme d'oreille), une espèce modèle couramment utilisée dans la recherche biologique, peut percevoir les ondes sonores aériennes et y répondre bien qu'il n'ait pas d'organes semblables à ceux de l'oreille. Crédit photo : Rajani Arora, Institut des sciences de la vie de l'U-M
Les chercheurs du laboratoire de Shawn Xu à l'Institut des sciences de la vie utilisent Caenorhabditis elegans pour étudier la biologie sensorielle depuis plus de 15 ans. Lorsque son laboratoire a commencé ces travaux, on pensait que ces vers millimétriques ne possédaient que trois sens principaux : le toucher, l'odorat et le goût.
Le laboratoire de M. Xu a depuis établi que les vers ont la capacité de percevoir la lumière, bien qu'ils n'aient pas d'yeux, ainsi que la capacité de percevoir la posture de leur propre corps pendant les mouvements (également connue sous le nom de sens de la proprioception).
"Il ne manquait plus qu'un sens primaire : la sensation auditive, ou l'audition ou l'écoute", explique Xu, professeur de recherche au LSI et auteur principal de l'étude. "Mais l'audition n'est pas un sens comme les autres, qui sont largement répandus dans d'autres phylums animaux. Elle n'a été découverte que chez les vertébrés et certains arthropodes. On pense donc que la grande majorité des espèces d'invertébrés sont insensibles aux sons."
Les scientifiques ont cependant découvert que les vers réagissaient à des sons aériens compris entre 100 hertz et 5 kilohertz, une gamme plus large que celle que certains vertébrés peuvent percevoir. Lorsqu'une tonalité dans cette gamme était jouée, les vers s'éloignaient rapidement de la source du son, ce qui prouve qu'ils n'entendent pas seulement la tonalité, mais qu'ils en perçoivent aussi la provenance.
Les chercheurs ont mené plusieurs expériences pour s'assurer que les vers réagissaient aux ondes sonores aériennes et non aux vibrations de la surface sur laquelle ils se reposaient. Plutôt que de "sentir" les vibrations par le toucher, Xu pense que les vers perçoivent ces tonalités en agissant comme une sorte de cochlée du corps entier, la cavité spiralée remplie de liquide dans l'oreille interne des vertébrés.
Les vers possèdent deux types de neurones sensoriels auditifs qui sont étroitement liés à leur peau. Lorsque les ondes sonores heurtent la peau des vers, elles la font vibrer, ce qui peut faire vibrer le liquide à l'intérieur du ver de la même manière que le liquide vibre dans une cochlée. Ces vibrations activent les neurones auditifs liés à la peau des vers, qui traduisent alors les vibrations en impulsions nerveuses.
Et comme les deux types de neurones sont localisés dans différentes parties du corps du ver, ce dernier peut détecter la source sonore en fonction des neurones activés. Ce sens peut aider les vers à détecter et à échapper à leurs prédateurs, dont beaucoup produisent des sons audibles lorsqu'ils chassent.
La recherche soulève la possibilité que d'autres animaux dépourvus d'oreilles et dotés d'un corps mou comme le ver rond C. elegans - tels que les vers plats, les vers de terre et les mollusques - soient également capables de percevoir des sons.
"Notre étude montre que nous ne pouvons pas nous contenter de supposer que les organismes dépourvus d'oreilles ne peuvent pas percevoir les sons", a déclaré M. Xu, qui est également professeur de physiologie moléculaire et intégrative à la faculté de médecine de l'université de Malaisie.
Si le sens auditif des vers présente quelques similitudes avec le fonctionnement du système auditif des vertébrés, cette nouvelle recherche révèle des différences importantes par rapport à la façon dont les vertébrés ou les arthropodes perçoivent les sons.
"Sur la base de ces différences, qui existent jusqu'au niveau moléculaire, nous pensons que le sens de l'ouïe a probablement évolué de manière indépendante, plusieurs fois à travers différents phylums animaux", a déclaré M. Xu. "Nous savions que l'audition était très différente chez les vertébrés et les arthropodes.
"Aujourd'hui, avec C. elegans, nous avons trouvé une autre voie différente pour cette fonction sensorielle, ce qui indique une évolution convergente. Cela contraste fortement avec l'évolution de la vision qui, comme l'a proposé Charles Darwin, s'est produite très tôt et probablement une seule fois avec un ancêtre commun".
Maintenant que tous les principaux sens ont été observés chez C. elegans, Xu et ses collègues prévoient d'approfondir les mécanismes génétiques et neurobiologiques à l'origine de ces sensations.
"Cela ouvre un tout nouveau champ d'étude de la sensation auditive et de la mécanosensation dans son ensemble", a-t-il déclaré. "Avec l'ajout de la sensation auditive, nous avons maintenant pleinement établi que tous les sens primaires sont présents chez C. elegans, ce qui en fait un système modèle exceptionnel pour l'étude de la biologie sensorielle.
Écrit par : Emily Kagey
Les auteurs de l'étude sont : Adam Iliff, Can Wang, Elizabeth Ronan, Alison Hake, Yuling Guo, Xia Li, Xinxing Zhang, Maohua Zheng, Karl Grosh, R. Keith Duncan et X.Z. Shawn Xu de l'U-M ; et Jianfeng Liu de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine.
L'article de Neuron est intitulé "Le nématode C. elegans détecte les sons aériens", DOI : 10.1016/j.neuron.2021.08.035.