Ces méduses dépourvues de cerveau utilisent leurs yeux et faisceaux de nerfs pour apprendre.

Pour les cuboméduses des Caraïbes, apprendre est littéralement un jeu d'enfant.

Dans une nouvelle expérience, ces animaux ont appris à repérer et éviter les obstacles malgré l'absence de cerveau central, rapportent les chercheurs le 22 septembre dans la revue Current Biology. C'est la première preuve que les méduses peuvent établir des liens mentaux entre des événements - tels que voir quelque chose et le rencontrer - et modifier ainsi leur comportement.

"Peut-être que l'apprentissage n'a pas besoin d'un système nerveux très complexe, mais plutôt que l'apprentissage fait partie intégrante des cellules nerveuses, ou d'un circuit très limité", explique Jan Bielecki, neuroéthologiste à l'Université de Kiel en Allemagne. Si c'est le cas, cette nouvelle découverte pourrait contribuer à retracer l'évolution de l'apprentissage chez les animaux.

Le système nerveux d'une cuboméduse des Caraïbes (Tripedalia cystophora) comprend quatre rhopalia en forme de boutons qui pendouillent de la cloche de son corps. Chaque rhopalium abrite six yeux et environ 1000 neurones. Les méduses utilisent leur vision pour se diriger entre les racines de mangrove dans les lagons tropicaux où elles chassent leurs proies crustacées.

Evoluer entre les racines n'est pas une tâche simple. Les cuboméduses des Caraïbes évaluent la distance d'une racine en fonction de son contraste avec l'eau environnante. Dans les eaux claires, seules les racines éloignées se confondent avec l'arrière-plan ou ont un faible contraste. Mais dans les eaux troubles, même les racines proches peuvent se fondre dans leur environnement.

Les eaux peuvent devenir troubles rapidement en raison des marées, des algues et d'autres facteurs. Bielecki et ses collègues se demandaient si les cuboméduses des Caraïbes pouvaient apprendre que des objets à faible contraste, qui semblent à première vue éloignés, étaient en réalité proches.

L'équipe a placé 12 méduses dans un réservoir rond entouré de bandes grises et blanches à faible contraste. Une caméra a filmé le comportement des animaux pendant environ sept minutes. Au début, les méduses semblaient interpréter les bandes grises comme des racines éloignées et nageaient vers la paroi du réservoir.

Mais ces collisions semblaient amener les méduses à considérer les bandes grises davantage comme des racines proches dans une eau trouble, et les animaux ont commencé à les éviter. La distance moyenne des méduses par rapport à la paroi du réservoir est passée d'environ 2,5 centimètres dans les premières minutes à environ 3,6 centimètres dans les dernières minutes. Leur nombre moyen de collisions avec la paroi est passé de 1,8 par minute à 0,78 par minute.

"J'ai trouvé cela vraiment étonnant", déclare Nagayasu Nakanishi, biologiste de l'évolution à l'Université de l'Arkansas à Fayetteville, qui a étudié les systèmes nerveux des méduses mais n'a pas participé aux nouvelles recherches. "Je n'aurais jamais pensé que les méduses puissent vraiment apprendre".

Le neurobiologiste Björn Brembs voit les résultats de manière plus prudente, notant le faible nombre de méduses testées et la variabilité de leurs performances. "Je veux que cela soit vrai, car ce serait vraiment génial", déclare Brembs, de l'Université de Ratisbonne en Allemagne. Des expériences avec plus de méduses pourraient le convaincre que les animaux apprennent vraiment.

Dans d'autres expériences, Bielecki et ses collègues ont coupé les rhopalia des méduses et ont placé ces faisceaux de nerfs portant des yeux devant un écran. Un peu comme cette scène dans "Orange mécanique", explique Bielecki, sauf que les yeux de méduse n'ont pas de paupières pour les maintenir ouverts. L'écran affichait des barres grises de faible contraste, tandis qu'une électrode donnait aux rhopalia une faible impulsion électrique, imitant la sensation de collision avec quelque chose.

Cet entraînement a amené les rhopalia à commencer à réagir aux barres de faible contraste qu'ils avaient initialement ignorées. Ils ont commencé à émettre les types de signaux neuronaux qu'ils sont connus pour émettre lorsque les méduses s'éloignent d'un obstacle. Cela suggère que les rhopalia seuls peuvent apprendre que des obstacles apparemment éloignés à faible contraste sont en réalité suffisamment proches pour être évités - ce qui, à son tour, suggère que les rhopalia sont les centres d'apprentissage des cuboméduses des Caraïbes.

"C'est la partie la plus cool de l'article", déclare Ken Cheng, biologiste du comportement à l'Université de Macquarie à Sydney. "Cela nous permet de comprendre un peu mieux, vous savez, comment cela fonctionne, comment cela est câblé".

Pour la neurobiologiste Gaëlle Botton-Amiot, attribuer l'apprentissage aux rhopalia soulève de nouvelles questions. "Ils en ont quatre dans leur corps, donc comment cela fonctionne-t-il ?", demande-t-elle. "Comment cela est-il coordonné ?" Et si une méduse perd l'un de ses rhopalia, oublie-t-elle tout ce que ces yeux ont vu et que les neurones ont appris ? Ou les autres rhopalia s'en souviennent-ils ?

Les recherches de Botton-Amiot à l'Université de Fribourg en Suisse suggèrent des capacités d'apprentissage similaires chez les anémones de mer. Comme les méduses, elles appartiennent à un groupe d'animaux appelés cnidaires. "Montrer que des cnidaires si différents (peuvent tous apprendre) signifie que cela est probablement très répandu parmi eux", dit-elle, et que peut-être leur ancêtre commun pouvait aussi apprendre.

“Maybe [learning] actually evolved multiple times in the evolution of nervous systems,” Nakanishi says. Uncovering the cellular and chemical machinery behind learning in jellyfish or other animals could shed light on this. “If there’s a lot of similarities in the mechanism of how they learn, then that would be suggestive of common ancestry,” he says. “But if they evolved independently, then you would perhaps expect very different mechanisms of learning.”

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