La diversité visuelle des êtres vivants sur la planète Terre n'est pas tant due à une soif de beauté et au désir d'être différent, mais plutôt à l'habitat, aux habitudes et même aux préférences gastronomiques. Quelqu'un préfère rester inaperçu, fusionnant avec l'environnement en raison de la couleur de camouflage et de la forme inhabituelle du corps. Quelqu'un, au contraire, avec toute son apparence parle à quiconque ose s'approcher, de son empoisonnement. Et quelqu'un adore se montrer devant un partenaire et piétiner un concurrent dans la boue. Toute caractéristique visuelle a une fonction. Par exemple, la couleur des poissons clowns de l'espèce Amphiprion percula, devenue mondialement connue grâce au dessin animé "Finding Nemo", est associée à leur territorialité. Les scientifiques de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa (Japon) ont donc décidé de découvrir comment et où les poissons-clowns obtiennent leurs rayures blanches sur le corps. Lorsque les poissons-clowns montrent leurs rayures, quels sont les mécanismes impliqués et qu'est-ce que les anémones ont à voir avec cela? Nous trouverons des réponses à ces questions dans le rapport des scientifiques. Va.
Base de recherche
Le poisson clown est un genre de poisson à nageoires rayonnées de la famille pomacentral, comptant environ 30 espèces habitant les récifs des océans Indien et Pacifique.
Les poissons clowns, malgré leur tempérament chaud, ne sont pas étrangers au travail d'équipe.
L'une des caractéristiques les plus célèbres de ces poissons est leur relation symbiotique avec les anémones (anémones) - des organismes de l'ordre des polypes coralliens qui s'échappent. Ils ressemblent à un faisceau de tentacules (Cthulhu approuve) avec ou sans une jambe attachée à un sol marin solide. Les anémones mènent une vie sédentaire et se nourrissent de ce qui, en raison de leur stupidité ou de la coïncidence des circonstances, tombe dans leurs tentacules. Cependant, il ne sera pas possible de voir des attaques vives ou toute autre attaque, car les anémones tuent (ou paralysent) leurs proies à l'aide de cellules piquantes (cnidocytes). La victime paralysée (au mieux déjà morte) est ensuite transférée par des tentacules à la bouche de l'anémone.
Mais les poissons clowns, regardant les anémones, ne voient pas de danger, mais un logement gratuit. Les tentacules des anémones sont recouverts de mucus, les protégeant de l'action de leurs propres cellules urticantes. Les poissons-clowns sont également couverts de ce mucus, ce qui les immunise contre les cnidocytes mortels. Les poissons utilisent les anémones comme maison et même comme source de nourriture (restes de nourriture d'anémones, tentacules tombés, sécrétions). En retour, ils nettoient les anémones des débris, des aliments non digérés et chassent l'eau à travers ses tentacules, assurant une «ventilation».
De nombreuses espèces de poissons clowns sont extrêmement jaloux de leurs anémones, chassant quiconque s'approche d'une distance qu'ils jugent "suspecte". En d'autres termes, malgré leur drôle de nom, ces poissons ne se comportent pas comme de gentils clowns du Licedea tetra, mais comme Pennywise.
De nombreux scientifiques associent la couleur des poissons clowns et leur territorialité. Cependant, jusqu'à présent, on ne savait pas comment une telle couleur se forme. En particulier, les scientifiques ont toujours été intrigués par les trois bandes blanches sur le corps des adultes, ce que les jeunes ne font pas. Cela indique que pendant leur vie, les poissons subissent une sorte de métamorphose. Reste à savoir lesquels.
Les scientifiques notent que la tâche principale de la biologie est de comprendre la spéciation. Mais cela ne se limite pas à comprendre la différence entre les espèces (en termes exagérés), mais aussi à comprendre les causes et les mécanismes qui provoquent des différences au sein d'une même espèce, qu'elles soient physiologiques ou comportementales.
La diversité au sein d'une même espèce peut être exprimée sous forme de variations phénotypiques entre les populations individuelles. Mais même au sein d'une population distincte, il peut y avoir des différences causées par l'influence de l'environnement, des caractéristiques comportementales ou des conditions de développement.
Dans certains cas, la variabilité phénotypique peut refléter la plasticité du développement adaptatif, c.-à-d. la capacité des organismes à modifier leurs trajectoires de développement pour créer des phénotypes précisément adaptés aux conditions environnementales. Un exemple d'une telle plasticité est la couleur variée chez les animaux de la même espèce.
En d'autres termes, cela semble assez simple, mais en fait, de tels changements plastiques sont associés à des changements complexes aux niveaux physiologique, cellulaire et moléculaire. Les scientifiques admettent honnêtement que bien que la plasticité soit connue de la science, les mécanismes sous-jacents ne sont pratiquement pas étudiés.
Dans cette veine, il convient de noter un autre processus important et inhabituel qui se produit lors du développement de certains organismes - la métamorphose. Ce processus est dû à de graves changements dans la structure du corps (ou d'une partie de celui-ci) au cours du développement individuel. La métamorphose est régulée par les hormones thyroïdiennes (TH des hormones thyroïdiennes). Par conséquent, tout changement de TH au cours de la métamorphose provoquée par ces hormones peut affecter à la fois le processus et le résultat d'un processus aussi complexe de transformation du corps. TH joue également un rôle important dans la transition de la pigmentation de la larve à l'adulte. Par exemple, chez le poisson zèbre ( Danio rerio ), la TH favorise la maturation de cellules pigmentaires spécifiques, de mélanophores noirs et de xanthophores jaunes.
Danio rerio est également appelé bas de femme (qui a dit que les ichtyologues n'ont pas le sens de l'humour).
Par conséquent, il y a une forte probabilité qu'un schéma similaire soit observé chez les poissons clowns. Dans le travail que nous envisageons aujourd'hui, les scientifiques ont décidé de tester la relation entre TH et la métamorphose de la couleur du poisson clown, et ont également considéré l'influence potentielle de l'habitat (deux espèces différentes d'anémones) sur ce processus.
L'étude se concentre sur les espèces étroitement apparentées Amphiprion ocellaris et Amphiprion percula , qui vivent en symbiose avec des anémones dans la région tropicale indo-pacifique. Les scientifiques ont découvert que les jeunes A. percula présentent des taux différents de formation de bandes blanches selon les espèces d'anémones où ils vivent: dans les anémones de l'espèce Stichodactyla giganteales rayures apparaissent plus rapidement et plus lentement chez l'anémone de mer Heteractis magnifica . Par conséquent, la formation de rayures (c'est-à-dire certains changements métamorphiques) est influencée non seulement par des facteurs internes (hormones thyroïdiennes), mais également par des facteurs externes (habitat).
Résultats de recherche
Au cours du développement post-embryonnaire, les individus Amphiprion acquièrent progressivement des rayures sur la tête, le tronc et le pédoncule caudal. Dans la baie de Kimbe, en Papouasie-Nouvelle-Guinée, A. percula se trouve dans deux espèces différentes d'anémones: S. gigantea et H. magnifica , mais les poissons qui y vivent appartiennent à la même population.
Image # 1
Cependant, le jeune A. percula vivant dans l'anémone de mer S. gigantea a plus de rayures blanches que le jeune A. percula vivant dans l' anémone de mer H. magnifica . Chez 33% des 148 individus (âgés de 200 à 250 jours) chez les anémones S. gigantea avait trois bandes blanches, tandis que seulement 5% des 118 individus du même âge chez H. magnifica avaient trois bandes ( 1A et 1B ).
Les observations suggèrent que l'espèce d'anémones (c'est-à-dire l'habitat) affecte le moment de la formation de rayures blanches chez les jeunes A. percula . L'analyse de régression multiple a permis de vérifier l'exactitude de cet énoncé, ce qui permet d'établir la dépendance d'une variable sur deux ou plusieurs variables indépendantes. Comme prévu, l'analyse a confirmé que les juvéniles vivant à S. gigantea avaient toujours plus de rayures que les individus de l'anémone de mer H. magnifica( 1C et 1D ).
Image №2 La
formation de rayures est directement liée au processus de développement postembryonnaire, en particulier avec la métamorphose. Par conséquent, en retraçant les étapes de ce processus, il est possible d'établir un lien entre les bandes et le niveau d'hormones thyroïdiennes (TH).
Vue A. ocellaris montre deux schémas de pigmentation dans le développement du temps avant l'étape №5 (environ 9 jours après l'éclosion), les larves ont un ksantofory jaune * avec un ensemble de mélanophores étoiles qui forment deux bandes horizontales couvrant les myotomes * (rouge flèches sur le 2A- 2D ).
Chromatophores * - cellules contenant des pigments ou réfléchissant la lumière, divisées en sous-classes en fonction de la couleur:
xanthophores - jaune;
érythrophores - rouge;
leucophores - blanc;
mélanophores - noir / brun;
cyanophores - bleu;
iridophores - argenté.
Miotome * est un rudiment apparié de muscles squelettiques dans les embryons de cordés.À partir du cinquième stade, les larves acquièrent trois bandes verticales blanches (flèches blanches à 2E - 2G ), des xanthophores orange à l'extérieur des futures bandes blanches (flèches orange à 2E) et des mélanophores répartis sur tout le corps (flèches noires à 2E et 2F ) . Ces mélanophores sont présents dans tout le corps et ont une densité plus élevée en bordure des rayures blanches ( 2F et 2G ).
Pour une meilleure compréhension des modifications du schéma corporel des individus survenant au quatrième stade, il était nécessaire d'évaluer l'expression des gènes de pigmentation aux stades post-embryonnaires. Pour cela, l'ARN a été extrait des larves à chaque stade de développement pour l'analyse du transcriptome. L'accent a été mis principalement sur l'étude des gènes de pigmentation ( 2H ), en particulier sur les gènes d'iridophore, car ils sont responsables de la formation de rayures blanches.
Il a été trouvé que les étapes 1 à 3 sont très différentes des étapes 4 à 7 dans le composant principal 2 (PC2; 2H et 2I ).
(PCA principal component analysis) — , .Parmi les gènes liés à PC2, les gènes fhl2b, pnp4a et prkacaa étaient plus prononcés aux stades 5-7 par rapport aux stades 1-3. D'autre part, les gènes gbx2, trim33, gmps et oca2 étaient plus prononcés aux stades 1-3 par rapport aux stades 5-7 ( 2J ).
Aussi, lors de l'analyse, une division claire des stades a été observée pour toutes les catégories fonctionnelles: spécification des cellules pigmentaires, développement des xanthophores, synthèse du pigment ptéridine des xanthophores, développement des mélanophores, régulation de la mélanogenèse et biogenèse des mélanosomes.
Ces observations suggèrent qu'au quatrième stade, il y a un changement important dans le développement de la couleur, impliquant les trois types de cellules pigmentaires.
Étant donné que les hormones thyroïdiennes (TH) jouent un rôle important dans le processus de métamorphose, qui contrôle le modèle de pigmentation chez de nombreux poissons téléostéens, il est logique que TH régule le moment de la formation des bandes blanches lors de la métamorphose des poissons clowns.
Pour tester cette hypothèse, des tests ont été réalisés dans lesquels des larves du troisième stade de développement ont été exposées à différentes concentrations (10 -6 , 10 -7 et 10 -8 M) de l'hormone thyroïdienne active T3. Trois jours après le traitement par T3, les sujets ont montré une apparence plus précoce de rayures blanches que les individus du groupe témoin.
Image n ° 3
Cet effet d'accélération était dose-dépendant de la T3. Trois jours plus tard, deux bandes sont apparues dans la proportion suivante de sujets expérimentaux: 0% - groupe témoin; 50% - à 10 -8 M T3; 78% - à 10 -7 M et 73% - à 10 -6 M ( 3A - 3E ).
Puis un test similaire a été réalisé, mais avec le blocage de TH au moyen d'un mélange de MPI (méthimazole, perchlorate de potassium et acide iopanoïque). Les larves traitées du troisième stade de développement ont montré un retard de neuf jours dans la formation de bandes blanches par rapport au groupe témoin (groupe test à 3H et groupe témoin à 3G). Environ 75% des individus du groupe témoin avaient des rayures sur la tête et le corps, du groupe test seulement 15% des individus avaient des rayures, les autres étaient laissés sans pigmentation ( 3F ). Des rayures blanches dans les poissons du groupe d'essai se sont toutes formées malgré le blocage TH, mais seulement après 25 jours ( 3I ).
Les manipulations avec TH ont également affecté les cellules pigmentaires. Le nombre de mélanophores a augmenté de manière significative dans les 48 heures suivant l'application de 10-6 M T3 ( 3J ). En revanche, le blocage de TH par MPI a conduit à une diminution quasi imperceptible du nombre de mélanophores 48 et 72 heures après le traitement ( 3J ).
Pris ensemble, les résultats de ces tests suggèrent que la TH contrôle le moment de la formation des stries blanches et affecte également les cellules pigmentaires (iridophores et mélanophores).
Pour déterminer plus précisément comment la TH affecte exactement les iridophores, nous avons analysé l'expression des gènes de l'iridophore (fhl2a, fhl2b, apoda.1, saiyan et gpnmb) après traitement des larves avec TH exogène.
Les larves du troisième stade de développement ont été traitées avec du T3 à diverses concentrations (10-6, 10-7 et 10-8 M) pendant 12, 24, 48 et 72 heures. L'expression des gènes étudiés a été contrôlée à l'aide de nanostrings dans de l'ARN isolé à partir de larves entières.
Après traitement avec T3, beaucoup plus de transcrits de ces gènes ont été détectés que dans le groupe témoin (sans traitement T3). Dans certains cas (apod1a et gpnmb), cet effet est apparu après 12 heures, et dans d'autres (fhl2a, fhl2b et saiyan) seulement après 24 ou 48 heures. Il s'ensuit que la TH affecte l'expression des gènes qui sont exprimés dans les iridophores des poissons-clowns.
Ensuite, les scientifiques ont décidé de tester si la TH favorise la différenciation des iridophores. Pour cela, les larves du troisième stade de développement ont été traitées avec du T3 (dose 10 -6 M) pendant une longue période. Il s'agissait d'une comparaison des juvéniles au sixième stade, lorsque des rayures sur la tête et le corps commencent à se développer chez les poissons-clowns.
Curieusement, les jeunes du groupe test (traitement T3) n'ont pas complètement formé de bandes, contrairement au groupe témoin. Un examen détaillé des individus du groupe test a révélé de nombreux iridophores ectopiques sur les côtés. Ces poissons avaient également une couleur orange moins vibrante.
Le traitement avec MPI a donné des rayures normales. Cependant, la couleur était plus terne en raison d'un manque d'iridophores ou de dépôts de guanine cristalline dans les iridophores, généralement responsables de la couleur blanche (ou irisée) des rayures ( 3I ).
Ces résultats suggèrent que la TH exogène entraîne une diminution de la coloration orange et des défauts dans la formation de stries blanches.
Image n ° 4
Cependant, le traitement TH a accéléré le processus de stries. Rappelons que les poissons de l'espèce A. percula vivant dans l'anémone de mer S. gigantea forment des rayures blanches plus rapidement que leurs homologues vivant dans des anémones d'une autre espèce. Par conséquent, il doit y avoir un lien entre la formation de bandes, le TH et l'habitat.
Pour vérifier cela, les scientifiques ont sélectionné 12 individus de 12 à 27 mm (une bande blanche est en formation ou déjà formée) vivant dans S. gigantea (n = 6) et H. magnifica (n = 6). Ensuite, les scientifiques ont mesuré le niveau de TH de chaque individu.
La comparaison a montré que les concentrations de T3 étaient significativement plus élevées chez les jeunes animaux de S. gigantea par rapport à ceux de H. magnifica ( 4A ). Ensuite, une comparaison a été faite de l'expression génique chez les jeunes animaux de H. magnifica (n = 3) et de S. gigantea (n = 3).
Sur les 19063 gènes analysés, seulement 21 étaient significativement plus exprimés chez les individus de S. gigantea , tandis que 15 étaient significativement plus exprimés chez les individus de H. magnifica ( 4B ).
Parmi les gènes différentiellement exprimés, le gène duox a été trouvé, qui code pour une double oxydase impliquée dans la production de TH. Ce gène était surexprimé chez S. gigantea par rapport à H. magnifica . Par conséquent, le taux de formation de bandes blanches chez A. percula est associé au niveau différentiel de T3, qui, à son tour, est associé à l'expression différentielle du duox.
Au stade final, les scientifiques ont vérifié si le duox était nécessaire pour former le motif iridophore. Pour ce test, des poissons zèbres ont été utilisés, dans lesquels la maturation des iridophores dépend de TH.
Dans les larves du groupe témoin, des iridophores densément tassés ont formé une large rangée intermédiaire, puis la deuxième rangée intermédiaire a commencé à se former ventralement. Chez les larves déficientes en duox, une seule zone intermédiaire plus large ( 4C ) s'est développée .
En conséquence, la plupart des poissons du groupe témoin ont développé deux rangées intermédiaires complètes, tandis que chez les poissons déficients en duox, un seul ( 4D et 4E ). Cela suggère que le duox, agissant vraisemblablement par TH, contribue au moment de l'apparition des régions interbandes de l'iridophore et à la formation du motif entre les bandes chez le poisson zèbre.
Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques et des éléments supplémentaires .
Épilogue
Dans ce travail, les scientifiques ont décidé de révéler le secret des rayures blanches sur le corps du poisson clown. Il s'est avéré que cette couleur simple (surtout par rapport à certains autres poissons) est le résultat du travail conjoint de plusieurs facteurs importants: les gènes, les hormones et même les anémones dans lesquelles vivent les poissons clowns.
L'observation la plus inhabituelle est que les poissons de la même population, mais vivant dans deux espèces différentes d'anémones, forment leur couleur différemment (en termes de temps). La comparaison des gènes de ces poissons a montré que seuls 36 gènes diffèrent. Parmi eux, les scientifiques ont isolé le gène duox, qui code pour une protéine du même nom, impliquée dans la formation de la double oxydase. Ce gène joue un rôle important dans la production d'hormones thyroïdiennes (TH), qui à leur tour affectent la vitesse à laquelle les motifs pigmentaires se forment sur le corps du poisson clown.
Mais pourquoi les poissons d'une anémone de mer «se colorent» plus vite que d'autres? Les scientifiques ne sont pas encore prêts à donner une réponse exacte, mais ils ont une théorie. Actinia, dans laquelle les stries corporelles se forment plus rapidement, est probablement plus toxique. Par conséquent, les niveaux d'hormones thyroïdiennes augmentent en réponse à cette toxicité.
Les scientifiques eux-mêmes estiment que la différence dans le taux de formation de bandes chez les individus d'une même population n'est qu'un des nombreux signes des différentes tactiques d'adaptation que les poissons utilisent pour augmenter la coexistence efficace avec les anémones. À l'avenir, ils ont l'intention de mener une analyse comparative encore plus approfondie des poissons vivant dans différentes anémones afin d'identifier des différences supplémentaires.
La nature semble simple et simple: les arbres poussent, les oiseaux chantent, les abeilles bourdonnent, etc. Mais après un examen plus approfondi, nous commençons à remarquer combien de processus complexes se produisent dans la vie même du plus petit insecte ou de la plante la plus répandue. Toutes les propriétés, caractéristiques et qualités que possède un organisme sont le résultat d'une longue et méticuleuse évolution dont l'objectif principal est la survie. Et si un organisme veut survivre dans un monde en constante évolution, il doit utiliser tout l'arsenal des talents adaptatifs, du plus primitif au plus complexe.
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