Pour les animaux sans paupières, les poissons sont étonnamment capables de fermer les yeux.
Quand le poisson zèbre ( Danio rerio) somnole, ils attrapent leurs z comme les gens le font, selon de nouvelles recherches. Ces nageurs rayés semblent même expérimenter léquivalent piscine du sommeil paradoxal, létape dans laquelle les humains rêvent – et quelque chose qui, jusquà présent, na été signalé que chez les mammifères, les oiseaux et les reptiles.
Cela signifie nécessairement que les poissons rêvent, ou même que leur version du sommeil est complètement identique à la nôtre. Même ainsi, létude, publiée aujourdhui dans la revue Nature, suggère que la sieste à plusieurs étages pourrait être courante chez les vertébrés – le groupe danimaux qui comprend les mammifères, les oiseaux, les reptiles, les amphibiens et les poissons – et peut avoir surgi il y a plus de 450 millions dannées. .
« Cet article est long à venir », déclare Audrey Chen Lew, neurobiologiste à lUniversité de Californie à Irvine qui na pas participé à létude. « Cest vraiment un travail sympa qui … démontre des similitudes entre les poissons et les humains et dautres mammifères que nous navons jamais vues auparavant. »
Que le sommeil soit plus ou moins omniprésent chez les animaux complexes tels que les vertébrés, qui ont tous les circuits neuronaux qui composent la moelle épinière, peut sembler une évidence. Mais dans le monde de la neurobiologie, les choses ne sont pas si noires et blanches.
Lun des problèmes est que le sommeil nest pas toujours facile à mesurer ou à identifier. Chez certaines créatures, cest un comportement facile à identifier: en sassoupissant, de nombreux animaux sinstallent dans une posture détendue, arrêtent la plupart de leurs mouvements et deviennent moins conscients de leur environnement pendant une période prolongée (sans entrer dans le coma ou tout autre état difficile à inverser).
Dautres organismes, cependant, ne respectent pas ces critères, ce qui incite les chercheurs à rechercher une définition plus cellulaire du sommeil – quelque chose qui pourrait être universellement détectable parmi tous ceux qui font, en fait, un sommeil régulier.
Les poissons-zèbres sont transparent au cours de leurs premières semaines de vie. Montré ici est une larve, ou juvénile. Crédit dimage: Shawn Burgess, NHGRI, Wikimedia Commons
Cest en fait quelque chose que les scientifiques ont plus ou moins cloué chez les mammifères, les oiseaux et les reptiles, qui présentent tous des schémas similaires dactivité électrique dans le cerveau lorsquils frappent le foin. Les poissons, en revanche, sont restés pour la plupart mystérieux, en partie du fait que de nombreuses méthodes de recherche sur le sommeil sont adaptées aux humains et aux autres espèces terrestres. au moins 400 millions dannées dévolution, les poissons et les humains ne sont pas si différents. Dans tout le corps de la piscine se trouvent des caractéristiques familières de la physiologie humaine, jusquaux gènes inscrits dans leur ADN. En ce qui concerne les poissons, toutes les bonnes machines sont disponibles pour un sommeil de type humain, explique lauteur de létude Philippe Mourrain, neurobiologiste à lUniversité de Stanford. C’est juste que personne n’avait encore trouvé un moyen de vérifier si elle faisait la même chose.
Une équipe de scientifiques dirigée par Mourrain a donc décidé d’inventer une méthode qui leur était propre. Dans les études sur le sommeil humain, des capteurs connectés au corps d’une personne enregistrent l’activité cérébrale, la fréquence cardiaque, la respiration et les mouvements musculaires. Sinspirant de cette suite complète de mesures, les chercheurs ont développé ce qui était, en fait, un scan du corps entier pour un poisson zèbre – un vairon rayé dun pouce de long qui se développe avec un corps transparent au cours de ses premières semaines de vie.
Cette peau transparente a été la clé du succès de lexpérience, car elle a permis aux chercheurs de scruter directement dans les organes du poisson sans avoir besoin de chirurgies ou dautres procédures invasives, explique lauteur de létude Louis Leung, qui mène des recherches sous légide de Mourrain. surveillance. Chez lhomme, de nombreuses mesures détude du sommeil sont collectées en enregistrant des signaux électriques au moyen délectrodes sur la peau. Mais la transparence du poisson a permis aux chercheurs de rassembler les mêmes types de données en plaçant simplement des marqueurs fluorescents dans les cellules, qui se sont ensuite allumées en présence de signaux électriques, produisant un jeu pictural par jeu du comportement des cellules individuelles au fil du temps.
Lorsque léquipe a analysé les ondes cérébrales dun banc de poissons zèbres juvéniles au repos, ils ont découvert deux schémas familiers dactivité électrique. Le premier avait une ressemblance frappante avec ce que l’homme appelle le sommeil profond ou lent, ainsi nommé parce qu’il produit une série d’ondes cérébrales synchronisées à basse fréquence. Chez lhomme, le sommeil profond est marqué par une faible activité cérébrale et on pense quil donne au corps la possibilité de récupérer. Il peut également jouer un rôle dans la consolidation de la mémoire.
Si cela est également vrai pour les poissons, dit Mourrain, cela a beaucoup de sens. Même chez les animaux pour qui la vie se déroule à merveille, il y a toujours un besoin de R & R. Et les poissons aussi doivent apprendre. Mais Mourrain a été beaucoup plus décontenancé de voir une autre caractéristique du sommeil humain se faire écho chez le poisson zèbre: létat dans lequel les gens rêvent.
Le soi-disant sommeil paradoxal (REM) regorge en fait dactivité cérébrale, à égalité avec les mesures prises pendant les heures de veille. La grande différence, bien sûr, est que le reste du corps nest pas éveillé, et est en fait pour la plupart immobilisé (à lexception des yeux, qui, chez les humains, font des va-et-vient).
cela semble également être vrai pour le poisson zèbre, à lexception de leurs yeux, qui sont restés silencieux avec le reste du corps, dit Mourrain. (De nombreux autres animaux gardent également les yeux immobiles pendant le sommeil paradoxal.)
Ni le sommeil profond ni le sommeil paradoxal nétaient complètement identiques entre les humains et les poissons, souligne Guliz Ozcan, neurobiologiste et spécialiste du poisson zèbre à lUniversity College London qui na pas participé à létude. Dune part, léquivalent poisson zèbre du sommeil à ondes lentes était beaucoup plus lent. Malgré ces différences, dit Ozcan, les «signatures» neuronales des deux états sont clairement reconnaissables – ce qui implique que la version humaine du sommeil pourrait être beaucoup moins humaine quon ne le pensait autrefois.
Avec ces nouvelles découvertes, Leung dit, le poisson zèbre peut désormais rejoindre la liste croissante des vertébrés dans lesquels le sommeil a été identifié à un niveau plus moléculaire. Sans tester chaque vertébré existant, il est difficile de dire si le sommeil à plusieurs étapes est universel dans ce groupe, ajoute-t-il. Mais en tant que représentant de le poisson – qui comprend environ la moitié de toutes les espèces de vertébrés connues – le poisson zèbre et son sommeil étonnant suggèrent que le sommeil à plusieurs étages peut avoir été présent chez un ancêtre commun de mammifères, doiseaux, de reptiles et de poissons, qui vivait il y a au moins 450 millions dannées.
Les amphibiens partageront probablement aussi ce trait, car ils nous sont plus étroitement liés que les poissons, dit Mourrain. La prochaine étape, ajoute-t-il, sera de voir si les mêmes signatures sétendent encore plus loin retour dans le tim évolutionnaire e.
En haut: Une larve de poisson zèbre avec un système nerveux central fluorescent. Les cellules sallument lorsquelles deviennent actives. En bas: Le système nerveux central et les muscles du poisson zèbre, éclairés avec la même fluorescence. En utilisant ce système, les chercheurs ont pu enregistrer les signatures cellulaires du sommeil sans procédures invasives. Crédit dimage: Gracieuseté de Louis Leung, Université de Stanford
Ces implications profondément enracinées font de cet article « un percée totale », déclare Eva Naumann, neurobiologiste à lUniversité Duke qui na pas participé à létude.« Je ne peux pas exagérer: était la pièce manquante du puzzle … Jattendais une étude comme celle-ci pour sortir depuis que jai commencé à travailler dans ce domaine. »
La vue densemble ici ne décrit pas les humains comme des primitifs, cependant. Au contraire, ces résultats devraient «élever le poisson zèbre en tant que système modèle pour étudier les phénomènes neuronaux comme le sommeil», ajoute Naumann.
Les résultats de létude ont également montré que, lorsquils sont privés de sommeil ou traités avec des somnifères, les poissons zèbres réagissent de la même manière que les humains, tant sur le plan comportemental que physiologique, laissant entendre quils pourraient également être utiles dans le dépistage de médicaments pour traiter un sommeil irrégulier ou désordonné, dit Ozcan.
Il y a encore, cependant, léléphant dans la pièce: bien quil soit si répandu , le sommeil et toutes ses étapes continuent de déconcerter les chercheurs qui tentent de déterminer leur véritable objectif. Mais quoi que fasse ce somnolent, sil a vraiment évolué il y a si longtemps, et coincé dans tant despèces, « cela indique quelque chose de vraiment essentiel », dit Leung.
Quant à savoir si le poisson zèbre rêve pendant sa version de REM, cest toujours une question ouverte. Si le rêve est le produit de l’apprentissage et de la mémorisation, c’est certainement possible, dit Mourrain.
Après tout, la plupart des percées viennent des endroits les plus inattendus, dit-il. Y compris ceux dont les gens (ou toute autre espèce, peut-être) nont même jamais rêvé.
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