Égrenage Kriswanto
Les protéines sensibles à la lumière se trouvent dans tous les domaines de la vie. Même les microbes unicellulaires portent des protéines qui réagissent à la lumière. Et les animaux ont des organes sensibles à la lumière dans une vaste gamme de formes et d’architectures. Tous ces éléments semblent fonctionner selon les mêmes principes : les photons sont absorbés par une protéine qui répond en permettant aux ions de circuler à travers une membrane. Dans les cellules individuelles, cela déclenche une différence régionale dans les concentrations d’ions, leur permettant de réagir. Dans les organismes plus compliqués, ces ions pénètrent dans les cellules nerveuses, les obligeant à signaler.
Mais les scientifiques décrivent cette semaine une étrange exception : le mille-pattes. Ces organismes réagissent clairement à la lumière, comme le savent tous ceux qui essaient d’en piétiner un avant qu’il ne se précipite sous un rocher ou un mur. Pourtant, de nombreuses espèces ne semblent pas avoir d’yeux (et beaucoup qui ont des structures semblables à des yeux ne sentent pas la lumière avec eux). Et les études de leur génome indiquent qu’ils n’ont aucune des protéines normales sensibles à la lumière. Alors comment font ces arthropodes ?
Voir la chaleur
Pour être clair, de nombreuses espèces de mille-pattes ont des choses qui ressemblent à des yeux et contiennent des cellules qui réagissent à la lumière. Mais les études de ces organes indiquent qu’ils n’ont pas d’impact majeur sur la réponse de l’animal à la lumière. Et puis il y a le manque de gènes. Les protéines déclenchées par la lumière ont tendance à avoir des structures similaires, en partie parce qu’elles doivent former des canaux à travers les membranes qui permettent aux ions de les traverser. Ainsi, il est généralement relativement facile de sélectionner les gènes de ces protéines lorsque les séquences du génome deviennent disponibles.
En tout cas, de nombreuses espèces de mille-pattes n’ont pas d’yeux. Et ils ont tendance à vivre sous les rochers et les débris lorsqu’ils ne se faufilent pas dans les maisons, ce qui signifie qu’ils n’ont pas nécessairement besoin de voir grand-chose dans leur environnement normal.
Pourtant, si vous exposez l’un de ces animaux à la lumière, il a tendance à en sortir assez rapidement, ce qui indique que les animaux peuvent ressentir la lumière. Alors que se passe-t-il?
Pour le comprendre, une équipe de chercheurs chinois a mis en place un système leur permettant d’exposer les mille-pattes à la lumière et de tester leurs réponses. L’imagerie par ce système a montré que les antennes ont un motif distinctif dans l’infrarouge : elles s’échauffent à la lumière. En 10 secondes environ, la température des antennes a augmenté de plus de 8°C, bien plus rapidement que toute autre partie du corps.
L’autre appendice – et il y a beaucoup de jambes à imaginer sur ces choses – ne l’a pas fait. Et, ne me demandez pas comment ils ont fait cela, mais les chercheurs ont mis un chapeau en papier d’aluminium sur les mille-pattes, bloquant leurs antennes. Cela réduisait considérablement leur capacité à trouver des zones sombres. Dans l’ensemble, cela a conduit les chercheurs à soupçonner que tout ce qui se passait avec la détection de la lumière, cela se produisait dans ces organes.
Un gène inhabituel
Les chercheurs ont ensuite décidé d’identifier le gène impliqué. Pour ce faire, ils ont isolé des copies de tous les gènes actifs dans les antennes. Ils ont ensuite identifié ceux dont les segments peuvent traverser la membrane, puisque la protéine doit permettre aux ions de le faire. Cela a réduit la liste des gènes possibles de plus de 8 000 à un peu plus de 1 000. À ce moment-là, les chercheurs ont juste commencé à mettre les gènes individuellement dans des cellules humaines jusqu’à ce qu’ils en trouvent un qui permette aux ions d’entrer dans les cellules à des températures élevées.
Le gène qui a fonctionné s’appelait BRTNaC1, et il est quelque peu lié à une famille connue de canaux ioniques qui permettent aux ions sodium d’entrer et de sortir des cellules. Mais cette famille n’est pas sensible aux températures. Et BRTNaC1 n’est pas pointilleux sur les ions qu’il laisse entrer dans les cellules ; il permettra également au calcium de passer à travers les membranes.
Après avoir testé divers produits chimiques, ils ont découvert que la testostérone inhibait l’activité de BRTNaC1. Ce n’est pas biologiquement pertinent, car les insectes ne fabriquent pas de testostérone. Mais c’est certainement pratique car vous pouvez l’appliquer à l’antenne sans avoir à vous soucier de modifier le comportement des insectes. Les chercheurs ont donc traité les mille-pattes avec de la testostérone, puis ont testé s’ils étaient toujours sensibles à la lumière. Ils n’étaient pas.
Tout cela indique que ces animaux sentent la lumière sans enregistrer directement de photons. Au lieu de cela, ils le sentent très indirectement, avec un organe qui chauffe sélectivement lorsqu’il est exposé à la lumière, permettant à l’animal de ressentir ce changement de température. Jusqu’à présent, c’est le seul exemple de cela qui a été identifié. Il est possible que ces mille-pattes soient uniques en leur genre en termes de biologie.
Il y a deux choses frappantes à ce sujet. La première est qu’il existe de nombreuses protéines connues que les organismes utilisent pour détecter les températures, comme celles qui nous font éloigner nos mains des poêles chauds. Mais BRTNaC1 n’est étroitement lié à aucun d’entre eux. Il semble donc avoir évolué de manière complètement indépendante. La deuxième chose est que nous n’avons aucune idée de la structure de l’antenne pour qu’elle chauffe sélectivement.
PNAS, 2019. DOI : 10.1073/pnas.2218948120 (À propos des DOI).