Innovations et gènes du cerveau chez les oiseaux

Les oiseaux plus innovateurs ont des niveaux plus élevés de récepteurs de neurotransmetteurs liés à l’intelligence humaine, selon une étude dirigée par des chercheurs de l’Université McGill. Cette découverte pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes évolutifs derrière les habiletés cognitives.

L'étude, publiée dans la revue Science Advances, a été réalisée par Jean-Nicolas Audet et Louis Lefebvre, biologistes à l’Université McGill, en collaboration avec des chercheurs des universités Duke et Harvard.

Oiseaux de la Barbade

Les chercheurs ont capturé des sporophiles de la Barbade et des sporophiles cici à proximité de l’Institut de recherche Bellairs de l’Université McGill à la Barbade. Le sporophile de la Barbade est un oiseau audacieux, opportuniste et innovateur, tandis que le sporophile cici est timide et conservateur. Chacun est le plus proche parent de l’autre à la Barbade et ils sont tous deux cousins des pinsons de Darwin des îles Galápagos.

En captivité, des tests ont montré que les espèces différaient énormément dans leur aptitude à résoudre des problèmes. Ainsi, la plupart des sporophiles de la Barbade ont compris rapidement comment soulever le couvercle d’un contenant pour y trouver de la nourriture, tandis que tous les sporophiles cici ont échoué ce test. Ces résultats concordent avec la différence dans leur niveau d'innovation en nature, une caractéristique qui aide les animaux à survivre dans des milieux changeants.

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De nouveaux outils pour étudier le comportement

Les chercheurs ont ensuite comparé l’expression de tous les gènes dans six régions du cerveau des oiseaux des deux espèces à l’aide de techniques moléculaires de pointe, dont le séquençage à haut débit (Next-Generation sequencing). C'est la première fois que de tels outils sont utilisés pour étudier les propriétés du cerveau liées à l’innovation et la résolution de problèmes chez des oiseaux sauvages.

Une famille de gènes est sortie du lot : les récepteurs du neurotransmetteur glutamate, et en particulier ceux qui se trouvent dans la partie du cerveau des oiseaux qui correspond au cortex préfrontal humain. Les récepteurs du glutamate jouent un rôle bien connu dans les fonctions cognitives chez les humains et les autres mammifères.  La surexpression du récepteur GRIN2B chez des souris transgéniques mène à une plus grande capacité d’apprentissage. Les chercheurs ont observé que le taux de ce récepteur était plus élevé chez le sporophile de la Barbade que chez le sporophile cici.

« En comparant une espèce extrêmement innovatrice comme le sporophile de la Barbade avec une espèce étroitement apparentée mais conservatrice comme le sporophile cici, nous avons pu mieux connaître les mécanismes évolutifs derrière la divergence dans ce type de comportement », affirme Jean-Nicolas Audet. « Il se peut que les mammifères, y compris les humains, et les oiseaux comme le sporophile de la Barbade aient recours à des mécanismes semblables pour accomplir des tâches cognitives. Si d’autres études viennent confirmer nos résultats, cela suggérerait une évolution convergente de l’intelligence, utilisant les mêmes récepteurs de neurotransmetteurs, en dépit des grandes différences entre les structures cérébrales des oiseaux et des mammifères. »

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L’article « Divergence in problem-solving skills is associated with differential expression of glutamate receptors in wild finches », par Jean-Nicolas Audet et coll., a été publié le 14 mars 2018 dans la revue Science Advances. DOI : 10.1126/sciadv.aao6369

Cette étude a été financée en partie par le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et l’Institut médical Howard Hughes ainsi que par une bourse de recherche doctorale d’Hydro-Québec.

IMAGES:
- Une innovation réalisée par un sporophile de la Barbade en nature : l’ouverture de sachets de sucre.   Credit: Louis Lefebvre
- Un sporophile de la Barbade résout un problème expérimental. Credit: Louis Lefebvre

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