Octopus, calmar et seiche les bras ont évolué pour «goûter» différents composés.

Les gens ont des goûts différents. Il s'avère que les poulpes, les calmars et les seiches aussi.

Ces céphalopodes à corps mou ont des protéines sur les ventouses le long de leurs tentacules qui leur permettent de "goûter" en touchant des objets. Mais selon deux études publiées le 13 avril dans Nature, les espèces ont évolué pour détecter différents composés et ces différences de goût pourraient être liées à leurs styles de chasse.

Toutes les espèces ont des versions modifiées de protéines appelées récepteurs de neurotransmetteurs, qui détectent les produits chimiques du cerveau. L'évolution a transformé les protéines du cerveau pour qu'elles puissent jouer de nouveaux rôles dans la détection des goûts. Mais l'évolution des poulpes les a conduits à développer un goût pour les aliments gras, tandis que l'évolution des calmars et des seiches a ajusté les protéines du cerveau pour détecter des composés amers, ont découvert les chercheurs.

"Il s'agit d'un tout nouveau système sensoriel", explique Maude Baldwin, biologiste de l'évolution à l'Institut Max Planck pour l'intelligence biologique à Seewiesen, en Allemagne, qui n'a pas participé aux travaux. "Ensemble, ces articles offrent un aperçu sans précédent de la manière dont les systèmes sensoriels évoluent".

L'étude des récepteurs céphalopodes pourrait également éclairer la façon dont les protéines de détection de goût humain ont évolué. "Cela améliore considérablement notre compréhension de la façon dont les protéines évoluent en général", déclare Baldwin, ainsi que la façon dont les protéines et même les organismes entiers acquièrent de nouvelles fonctions.

Dans une étude précédente, le physiologiste de Harvard Nicholas Bellono et ses collègues ont découvert que les récepteurs chimiotactiles en forme de tonneau dans les ventouses des poulpes à deux points de Californie (Octopus bimaculoides) permettent aux animaux de goûter les terpènes - des molécules "grasses" insolubles - avec leurs bras.

Pour examiner de près ces protéines, Bellono s'est associé au biologiste structurel Ryan Hibbs de l'Université du Texas Southwestern Medical Center à Dallas. Hibbs et ses collègues ont utilisé la cryomicroscopie électronique pour examiner la structure tridimensionnelle de la protéine.

Lorsqu'ils ont examiné la structure de la protéine du poulpe, les chercheurs ont trouvé une molécule inattendue coincée dans une poche spéciale utilisée pour détecter certains produits chimiques. Trouver une molécule coincée dans l'une de ces poches peut donner des indices sur la fonction de la protéine.

La molécule mystérieuse s'est avérée être une partie du détergent que les chercheurs ont utilisé pour préparer la protéine pour le microscope. C'est très différent des types de molécules qui se lient aux récepteurs de neurotransmetteurs à partir desquels les récepteurs chimiotactiles ont évolué, explique Hibbs, qui est aujourd'hui à l'Université de Californie, San Diego. "Les neurotransmetteurs sont petits et solubles. Cette chose est volumineuse et grasse."

En testant une variété de molécules recueillies dans les laboratoires voisins, l'équipe de Bellono a déterminé que les récepteurs de poulpes peuvent détecter une variété de molécules "grasses et collantes" qui ne se dissolvent pas dans l'eau. Comme les poulpes tâtonnent pour trouver leur proie, il est logique que leurs récepteurs de goût aient évolué pour détecter des molécules qui restent collées aux surfaces sous-marines telles que les coquilles de crabe ou leurs propres œufs, plutôt que des petits produits chimiques qui se diffusent facilement dans l'eau, explique Hibbs.

Mais tous les produits gras ne semblent pas être savoureux pour les poulpes. Dans une expérience, les chercheurs ont testé la réponse d'une tentacule sectionnée à l'un de ces produits chimiques. Le bras s'est éloigné de l'appareil de mesure et est sorti du bain.

Pour voir si d'autres céphalopodes partagent les goûts des poulpes, les chercheurs se sont tournés vers des analyses génétiques. Les poulpes ont 26 gènes qui codent chacun une protéine de récepteur chimiotactile légèrement différente. Ces protéines peuvent se combiner par groupe de cinq pour détecter une grande variété de molécules, ont découvert les chercheurs.

En examinant les gènes de calmars et de seiches, les chercheurs ont découvert que ces espèces de céphalopodes ont également des récepteurs de neurotransmetteurs modifiés dans leurs ventouses. Mais certains des récepteurs de calmars et de seiches détectent des composés amers qui peuvent se diffuser dans l'eau, et non les produits gras que les poulpes savourent. (Les calmars pouvaient également goûter certains terpènes, mais pas toutes les molécules grasses que les poulpes détectent.)

Le goût amer est souvent un signal que quelque chose est gâté ou empoisonné, donc les animaux évitent généralement les composés amers, explique Harold Zakon, neuroscientifique et biologiste de l'évolution à l'Université du Texas à Austin, qui n'a pas participé aux travaux.

Les composés amers ont également incité les calmars à tourner le dos à leur proie. Les calmars ayant reçu des crevettes trempées dans un composé amer ont manipulé la nourriture plus longtemps avant de la manger que lorsqu'il s'agissait de proies non traitées. Ou les calmars ont tout simplement rejeté les crevettes amères, une chose que les chercheurs n'ont jamais vue avec les proies régulières.

The type of receptors the species have reflect their hunting strategies. Octopuses ”explore everything with their arms,” Bellono says, and likely use chemotactile receptors to guide their explorations. While octopuses use sight to catch prey out in the light of day, chemotactile receptors help them hunt in the dark and to find prey hidden in cracks and crevices, Bellono says. Squid and cuttlefish are ambush predators that rely on eyesight alone. The bitter receptors help squid decide whether to eat their prey only after they have it in their grasp.

The octopus and squid receptors evolved about 300 million years ago, early in the species’ histories. But it’s impossible to tell whether hunting style or receptor type came first or if the traits evolved together.

Octopuses also have another type of chemotactile receptor, the researchers found, but they don’t yet know what sorts of molecules those receptors sense.

It will take years to work out the details of what all the cephalopods’ receptors detect and how they influence animals’ behavior, Zakon says. “This is really a first announcement that these receptors have changed in fundamentally important ways.”