Les minuscules créatures unicellulaires n’ont évidemment pas de place pour qu’un cerveau leur dise comment se déplacer de manière complexe, alors pour se déplacer, elles roulent, glissent ou nagent généralement.
Mais les habitants microscopiques des étangs appelés Euplotes eurystome ont maîtrisé une façon de marcher sans cervelle – se précipitant comme des insectes, avec leurs 14 petits appendices.
Ils semblent bouger un peu comme les sculptures cinétiques de conception néerlandaise appelées Strandbeastsavec des connexions d’horlogerie qui les font passer à travers un modèle d’états définis qui peuvent être ajustés en réponse à leur environnement.
“Il semblait y avoir cette logique séquentielle qui se produisait avec les mouvements”, dit biophysicien Ben Larson de l’Université de Californie à San Francisco (UCSF). “Ils n’étaient pas aléatoires, et nous avons commencé à soupçonner qu’il y avait une sorte de traitement de l’information en cours.”
Ces protozoaires – des organismes unicellulaires aux caractéristiques animales – ont 14 faisceaux avares de cils qui fonctionnent ensemble comme des pattes appelées cirres. Ils peuvent utiliser ces cirres pour nager et marcher tout en chassant activement des proies.
Tout a commencé en 2016 @MBLPhys cours pendant mon doctorat avec @Choano_Lab. J’avais remarqué des créatures prédatrices mangeant les choanoflagellés que j’essayais d’isoler à partir d’échantillons de terrain. Connaissant Wallace comme un expert des micro-organismes fous, j’ai engagé la conversation…
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– Ben Larson (@BEuplotes) 1 mars 2021
Larson et ses collègues ont capturé des images microscopiques de ces minuscules prédateurs pour étudier leurs mouvements au ralenti. Les chercheurs ont identifié 32 combinaisons différentes de mouvements de jambes et ont découvert que certaines combinaisons étaient plus susceptibles de se suivre.
Les cirres sont constitués de fibres de tubuline, comme le reste des structures d’échafaudage de la cellule (son cytosquelette). Ces fibres agissent également comme une structure de support entre les différents cirres, elles fonctionnent donc également comme une sorte de communication mécanique.
“Euplotes utilise ces connexions pour faciliter un mouvement de marche élaboré, ” explique Wallace Marshall, biophysicien de l’UCSF.
La modélisation informatique a révélé que la tension et la tension sur les fibres dictaient quel modèle de positionnement des cirres était possible à chaque instant. Certains cirres stockent le stress à différents stades de la marche ; lorsque cette contrainte est relâchée, elle propulse la cellule à passer à l’état suivant, provoquant une transition cyclique entre ces états.
“Le fait que Euplotes‘ les appendices se déplacent d’un état à un autre de manière non aléatoire signifie que ce système est comme un ordinateur rudimentaire”, dit Maréchal.
Lorsque les chercheurs ont exposé Euplotes à un médicament qui perturbe les réactions synchrones des fibres de tubuline, il a dérégulé la démarche de la cellule, obligeant les pauvres créatures à marcher dans des cercles futiles.
Leur démarche restait régulière, mais elle n’était plus coordonnée de manière à permettre un mouvement efficace. Les connexions mécaniques entre les appendices ne pouvaient plus être enroulées et réinitialisées pour continuer à faire fonctionner la cellule.
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Ainsi, plutôt que des cerveaux et des nerfs, ces créatures unicellulaires sont contrôlées par des réseaux de molécules de signalisation. Nous avons vu précédemment comment de tels systèmes peuvent obtenir des comportements étonnamment complexes chez des microbes comme la prise de décisionl’apprentissage et naviguer dans des labyrinthes.
“Il s’agit d’un phénomène biologique vraiment fascinant en soi, mais qui pourrait également mettre en évidence des processus de calcul plus généraux dans d’autres types de cellules”, dit Larsson.
Il reste encore beaucoup à comprendre sur le fonctionnement mécaniste de ce système de locomotive, mais nous pouvons maintenant ajouter la marche à la liste des exemples de la façon dont les processus moléculaires aléatoires peuvent être exploités pour créer des comportements séquentiels.
Cette recherche a été publiée dans Biologie actuelle.
