Les cerveaux de poissons peuvent fournir un aperçu de la base moléculaire de la prise de décision

Comment les animaux prennent-ils des décisions face à des demandes concurrentes, et comment les processus décisionnels ont-ils évolué au fil du temps ? Dans une publication récente dans Lettres de biologieTina Barbasch, chercheuse postdoctorale à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique, et Alison Bell (GNDP), professeure au Département d’écologie, d’évolution et de comportement, ont exploré ces questions à l’aide de poissons épinoches à trois épines (Gasterosteus aculeatus ).

Que vous soyez à l’école, au travail, que vous éleviez des enfants, que vous gériez une vie sociale ou que vous essayiez simplement de vous détendre un instant, gérer plusieurs responsabilités à la fois peut rapidement devenir écrasant. Vous vous demandez peut-être à quel point la vie serait plus simple si vous étiez un poisson flottant le long d’une rivière ou un faucon planant dans le ciel. Pourtant, les animaux sont également confrontés au fardeau du multitâche, qu’il s’agisse de rechercher leur prochain repas tout en évitant de devenir le prochain repas de quelqu’un d’autre ou d’attirer un partenaire tout en défendant leur territoire.

“Au cours de mon doctorat, j’ai étudié les soins parentaux chez les poissons-clowns et la manière dont ils décident de la quantité de soins à prodiguer à leur progéniture”, explique Barbasch. “Cela nécessite l’intégration de nombreuses sources d’informations sociales et environnementales. Récemment, je me suis intéressé à comprendre les mécanismes qui sous-tendent la façon dont les animaux prennent des décisions et intègrent différentes sources d’informations.”

Malgré l’importance de la prise de décision pour la condition physique d’un animal, les mécanismes qui façonnent la prise de décision sont mal compris.

Les épinoches constituent un modèle puissant pour étudier ces questions en raison de leur cycle biologique et de leur comportement reproductif complexes. Pendant la saison de reproduction, les épinoches mâles établissent des territoires pour construire des nids afin d’attirer les femelles. Les mâles doivent simultanément défendre leur territoire contre les autres mâles, courtiser les femelles qui pénètrent sur leur territoire avec des mouvements de nage performatifs, appelés « zigzags », et finalement prendre soin de leur progéniture s’ils parviennent à courtiser une femelle.

“Cette étude a été inspirée par une expérience dans laquelle nous avons examiné l’expression des gènes cérébraux chez l’épinoche à trois épines mâle pendant la garde parentale ou lors de la défense de leur territoire”, a expliqué Bell. “Nous avons découvert que les mêmes gènes étaient impliqués dans les deux expériences, mais dans des directions opposées : les gènes activés dans une condition étaient désactivés dans l’autre. Cette idée selon laquelle le cerveau pourrait utiliser la même machinerie moléculaire, mais de manière opposée, pourrait ont des implications majeures pour l’évolution de la prise de décision. »

Pour explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents à la prise de décision, Barbasch a exposé l’épinoche mâle à l’un des trois stimuli suivants : une épinoche femelle (traitement nuptial), une autre épinoche mâle (traitement territorial contre les intrus) ou à la fois une épinoche mâle et une femelle (traitement de compromis). ). Certaines épinoches mâles ont été laissées seules comme témoins. Les comportements agressifs (mordures) et les comportements de parade nuptiale (zigzags) ont été quantifiés, puis les cerveaux des épinoches mâles ont été disséqués pour étudier l’expression des gènes à l’aide du séquençage de l’ARN.

Barbasch a découvert que, face à un compromis, les hommes donnaient généralement la priorité à la défense territoriale plutôt qu’à la cour. Il y avait également une variation substantielle entre les hommes dans la façon dont ils ont répondu, ce qui suggère que les hommes pourraient avoir recours à des stratégies différentes lorsqu’ils sont confrontés à un compromis. De plus, les résultats de l’expression génique ont identifié des groupes de gènes exprimés de manière différentielle dans chaque traitement expérimental par rapport à un contrôle.

Les gènes qui ne sont présents que dans le traitement de compromis sont particulièrement intéressants, car ils suggèrent que les hommes ont une réponse moléculaire unique lorsqu’ils sont confrontés à des demandes contradictoires.

“Nous avons effectué une analyse ontologique des gènes sur ces” gènes de compromis “pour déterminer quelle pourrait être l’identité et la fonction de ces gènes”, décrit Barbasch. “Les résultats préliminaires suggèrent que les gènes de ‘compromis’ pourraient être liés à la voie de réponse dopaminergique, qui module la récompense et la motivation dans le cerveau, ou à la neurogenèse, qui est importante pour la cognition.”

En fin de compte, ces résultats soulignent l’importance d’explorer les bases moléculaires du comportement animal, comme le souligne Bell. “Les animaux vivent des vies très compliquées dans de nombreux taxons. Cela suggère que les mécanismes qui conduisent à une prise de décision complexe sont probablement très anciens et que les animaux gèrent des décisions complexes depuis longtemps.”

L’étude de Barbasch jette également les bases de nombreuses études de suivi passionnantes. Elle a déjà commencé à explorer les réponses comportementales et moléculaires de l’épinoche à d’autres compromis, notamment ceux impliquant le risque de prédation, la recherche de nourriture et les soins parentaux. Elle prévoit également d’élargir sa boîte à outils moléculaire en quantifiant l’expression des gènes de manière plus détaillée à l’aide du séquençage de l’ARN unicellulaire et de l’analyse pondérée des réseaux de co-expression des gènes, qui aident à capturer la fonction des gènes en identifiant les réseaux de gènes avec des modèles d’expression associés.

Alors, la prochaine fois que vous remarquerez un animal faire quelque chose, réfléchissez un peu plus à sa vie quotidienne et à la façon dont il trouve un moyen de gérer toutes ses responsabilités.