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Marcher est beaucoup plus compliqué que de mettre un pied devant l'autre. Pour que cela se produise, les motoneurones du cerveau et de la moelle épinière doivent coordonner instantanément les muscles dont vous avez besoin pour avancer, puis permettre aux membres, aux poumons et au cerveau de travailler en harmonie pour vous amener à l'endroit où vous devez aller. Les origines de cette stratégie organisationnelle complexe sont obscures: jusqu’à récemment, la théorie la plus acceptée est celle que vous avez vue sur des affiches de biologie au lycée, montrant que la capacité de marcher évoluait à mesure que les vertébrés passaient de la mer à la terre.
Mais une nouvelle recherche, publiée jeudi, révise cette théorie de manière contre-intuitive. Dans le journal Cellule, une équipe internationale de scientifiques rapporte que la capacité des nerfs de la moelle épinière à articuler les muscles pour la marche a émergé des millions d'années dans la mer.
"Nous avons appris que certaines des choses que nous pensons généralement évoluées chez des espèces animales plus" avancées ", telles que les cellules nerveuses contrôlant la marche, sont en réalité beaucoup plus anciennes qu'on ne le pensait auparavant", a déclaré le co-auteur et neuroscientifique de l'Université de New York, Jeremy Dasen. Ph.D., raconte Inverse.
Cela signifie que les premières créatures qui ont développé la capacité de marcher - l'ancêtre commun reliant les poissons et les humains - sont restées sous l'eau. Certains de leurs descendants sont finalement devenus des invertébrés ambulants sur la terre ferme, tandis que d’autres restent au fond de l’océan et continuent de marcher.
L'un de ces habitants du fond marin, la petite raie, était au centre de cette nouvelle étude. Les patins, qui ressemblent à des raies, sont des poissons cartilagineux qui n’ont pas beaucoup changé depuis des centaines de millions d’années d’existence. Et ils "marchent", mais vous ne pourriez probablement pas dire en regardant. Des recherches antérieures ont montré qu'ils agitent leurs plus petites nageoires pelviennes en alternant des mouvements gauche-droite pour se faufiler le long du fond de l'océan - ce qui serait difficilement perceptible pour un plongeur sous-marin flottant au-dessus d'eux dans l'océan Atlantique occidental.
«L’une des découvertes les plus surprenantes est la similitude entre les mouvements des nageoires pelviennes des patins et la manière dont nous utilisons nos jambes pendant la marche», explique Dasen. «Nous ne pouvions apprécier que cela en prenant des vidéos sous les patins pendant qu'ils marchaient. Cela a montré que la plupart des éléments de base de la marche, tels que l'alternance entre les jambes gauche et droite, les extensions de jambe et la flexion, étaient présents dans les patins ».
Dasen et son équipe ont commencé à étudier un groupe de patins à mesure qu'ils se développaient dans leurs caisses à oeufs. Dans un embryon de raie, la queue est la chose la plus forte qui pousse sa locomotion, mais après son éclosion, elle finit par régresser - probablement parce que la locomotion à travers les nageoires pelviennes est sur le point de dominer.
Une expérience de suivi sur les patins a utilisé le séquençage de l’ARN pour déterminer quels gènes étaient exprimés dans les motoneurones du patin et les comparer à des gènes liés à la locomotion des mammifères. Cela a montré que les raies et les mammifères ont beaucoup en commun, y compris des molécules exprimées dans les motoneurones des vertébrés terrestres, des commutateurs moléculaires contrôlant les muscles et des interneurones contrôlant la locomotion.
«De nombreux gènes que nous avons étudiés chez les patins étaient connus pour être très importants pour la fonction des motoneurones qui contrôlent la marche chez les mammifères», déclare Dasen. «Certains de ces gènes produisent des protéines dont on sait qu'elles fonctionnent comme des« commutateurs génétiques », qui activent ou désactivent les gènes. Notre étude montre que ces mêmes interrupteurs sont utilisés chez les patins et les mammifères pour aider à câbler les circuits nerveux essentiels à la marche."
Prises ensemble, les observations indiquent que les circuits impliqués dans le contrôle des membres ont commencé avec un ancêtre vertébré des millions d'années avant que quoi que ce soit ne se promène à terre. Au moment où nos ancêtres se sont agités sur le sable avec leurs membres primordiaux, les processus qui ont généré leur mouvement étaient déjà établis. En gardant cela à l'esprit, Dasen et son équipe continueront d'étudier les petits patins pour comprendre comment leurs neurones moteurs se connectent, avec l'espoir qu'un jour ces connaissances pourront aider les personnes souffrant de lésions graves à la colonne vertébrale.
«En réalité, nous savons très peu de choses sur la manière dont les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle épinière communiquent avec les motoneurones qui contrôlent la marche», déclare Dasen.
«Nous espérons pouvoir tirer parti de la simplicité relative de l'aileron de patin pour comprendre quelques-unes des connexions nerveuses importantes qui rendent la marche possible, et éventuellement tester si ces mêmes connexions sont importantes pour les mammifères.»
Si vous avez aimé cet article, regardez cette vidéo expliquant la recherche réalisée par les auteurs de l’étude:
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