Le mystère des poissons devenus aveugles

Une journée avec Germán Sumbre, chercheur à l’Institut de biologie de l’École normale Supérieure à Paris

Des grands mystères de l’évolution, il y en a à foison. Germán Sumbre, directeur de recherche Inserm en neurosciences à Paris, a choisi de se focaliser sur une question microscopique : le cerveau des poissons. Depuis quelques années, il s’intéresse à une espèce particulière : le tétra mexicain. Il y a des milliers d’années, une partie de ces individus ont dû faire face à des changements écologiques. Ils ont été piégés dans des cavernes obscures et enclavées, et ont progressivement perdu la vue. Leur cerveau a connu des modifications structurelles qu’il s’agit de comprendre du point de vue de l’évolution, notamment la façon dont ils perçoivent à présent leur environnement. Munis de volumineuses machines et de méticulosité, Germán Sumbre et son équipe tentent de passer au crible le cerveau de ces spécimens afin de savoir comment son activité a évolué face à la pression du milieu, et comment il se distingue de celui de leurs homologues restés dans les rivières.

Un reportage à retrouver dans le magazine de l’Inserm n°68

9 H 30

Germán Sumbre nous accueille dans son laboratoire, à l’Institut de biologie de l’École normale Supérieure, en plein cœur du Quartier latin de Paris. C’est entouré de ses trois doctorants, son postdoc, son ingénieure et bien sûr ses poissons que le chercheur se penche chaque jour sur les dynamiques neuronales du comportement animal, un domaine appelé la « neuroéthologie ».

10 H

En arrivant le matin, Ehud Vinepinsky, doctorant, nourrit les poissons adultes dans les aquariums. Lorsque la fécondation aura eu lieu, les étudiants récupèreront les œufs pondus durant la nuit. Il faudra alors les disposer dans une boîte de Petri et attendre que les larves sortent. Ce sont ces dernières qui seront étudiées au microscope. En effet, elles sont complètement transparentes. Il est donc possible d’enregistrer l’activité de tout le cerveau d’un vertébré intact et éveillé tout en mesurant son comportement.

10 H 30

Le tétra mexicain est un excellent modèle pour étudier l’adaptation du cerveau au cours de l’évolution. Il y a environ 40 000 ans, une partie de l’espèce a été piégée dans de sombres cavernes souterraines, si bien qu’elle a fini par perdre complètement la vue et sa pigmentation. Pour expliquer comment ces poissons ont cessé de voir, l’idée est de comparer le fonctionnement d’une région neuronale clé, le toit optique (zone, aussi appelée « tectum optique », en charge du traitement de l’information visuelle et des comportements chez les poissons, les amphibiens et les reptiles), avec celui de leurs cousins des rivières, qui eux, ont conservé la vision. L’équipe a voulu comprendre comment cette zone s’est réorganisée et à quoi elle sert à présent.

11 H

Sur cette image en microscopie fluorescente, le cerveau d’un tétra cavernicole est représenté par différentes couleurs, qui permettent de distinguer les types de neurones, par exemple ceux qui transmettent le message nerveux et ceux qui l’inhibent. Bien que chez cette sous-espèce la région du toit optique ne serve plus à voir, elle semble avoir été réquisitionnée pour détecter l’environnement en utilisant une autre modalité : les poissons sont encore capables de localiser leurs proies en « sentant » leurs turbulences dans l’eau.

12 H

Au cours de sa carrière, Germán Sumbre a dû apprendre à assembler, manipuler et réparer les outils d’imagerie et tient à ce que ses étudiants fassent de même. En plus des deux microscopes biphotons, qui permettent d’observer les neurones par fluorescence, le laboratoire possède un microscope à feuille de lumière. Cet appareil permet de stimuler des couches entières de neurones et d’enregistrer leur activité par une caméra.

14 H

Hanliang Zhang, doctorant, prend le contrôle d’un « neurone électronique ». L’équipe a mis au point une technique permettant à ce circuit d’interagir avec le cerveau du poisson. Grâce à de l’optogénétique – la stimulation d’un neurone par la lumière –, le message électrique provenant du circuit va être interprété par le cerveau, qui réagit ; ce flux va constituer un apprentissage. Il s’agit d’un protocole de cognition augmentée. Ce travail mené en collaboration avec l’équipe de Marcelo Rozenberg Centre neuroscience intégrative et cognition (CNRS/Université Paris Cité).

15 H

L’équipe au complet est réunie dans les bureaux, où chacun s’attèle à de l’analyse de données. Tous ne travaillent pas sur le tétra mexicain. Certains s’intéressent à la connectivité neuronale des poissons zèbres, une espèce au génome proche du nôtre, ou même à la communication chez les dauphins.

16 H

Les étudiants Pablo Robin Guerrero (à gauche) et Faadil Mustun (à droite) extraient des enregistrements du langage des dauphins. Leur espèce utilise des sifflements pour communiquer. Ils serviraient entre autres à s’identifier les uns les autres, et s’organisent selon une certaine syntaxe, voire une grammaire.

17 H

Des œufs de poissons zèbres éclosent ! Sarah Nourin, l’ingénieure de recherche, nettoie les boîtes des enveloppes vides et assainit le milieu dans lequel sont contenues les larves. Les lignées transgéniques manipulées pour les besoins de l’expérience expriment deux types de fluorescence en fonction de la mutation d’intérêt. La scientifique doit parfois les trier à la main, munie d’une pipette et d’un peu de patience.

18 H

Les larves de poissons zèbres ont elles aussi l’avantage d’être transparentes. Elles constituent un modèle de choix dans nombre de laboratoires de biologie, notamment pour étudier le développement. Diego Topsakalian, l’un des postdoctorants de Germán Sumbre, s’intéresse à la naissance des neurones. Il cherche à mieux comprendre la migration des cellules, c’est-à-dire comment à partir d’une cellule souche se forme un précurseur neuronal qui va finalement rentrer dans le tissu du toit optique. Grâce à des outils mathématiques, l’équipe tente de modéliser le traitement de l’information au plus proche possible du vivant. C’est en s’intéressant de près au modèle animal que l’on sera en mesure d’en savoir plus sur le cerveau humain, et d’avancer dans la recherche médicale.

Germán Sumbre est directeur de recherche à l’Inserm, chef et l’équipe Dynamique des circuits neuronaux et comportement à l’Institut de biologie de l’École normale Supérieure (Ibens, unité 1024 Inserm/CNRS/ENS) à Paris, lauréat du programme Impulscience 2025 de la Fondation Bettencourt Schueller.

Autrice : F. D.
Photos Inserm/François Guénet

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