Evolution: Apparition du système nerveux et mouvement

[invité2342189040976543]

Bonjour,

J'ai enfin pu brancher quelques neurones sur cette question. Il y a plusieurs points sur lesquels j'aimerais revenir.

Dans un de ces posts Michel avait posé une question assez intéressante qui est pourtant passée inaperçue, ou en tout cas à laquelle personne n'a réagi. Dans le temps, qu'est ce qui apparait en premier, la synapse ou le neurone?
La réponse est probablement la synapse. Les synapses primitives telles que l'on peut les observer dans les cnidaires (anémones, méduses) ne sont pas focales comme on les envisage habituellement dans les leçons de base de neurologie. Ce sont au contraire des rapprochements membranaires étendus avec des fibres extracellulaires dans l'espace intercellulaire. Pour vous donner une idée, en regardant des photos de microscopie electronique, morphologiquement, cela m'évoque un peu des jonctions d'adherence.

Les neurotransmetteurs primitifs sont des neuropeptides. Ce point là est assez intéressant car il marque bien que d'emblée on avait un controle stricte de la secretion synaptique. Ce que l'on n'aurait pas eu avec un produit métabolique où le controle est toujours moins net et moins facile (couche supplémentaire à gérer).

L'organisation vésiculaire de ces synapses est aussi intéressante car on en trouve plusieurs types.
Uni directionnelle
Bi directionnelle (des vésicules cheminent dans les deux sens)
réciproque (c'est à dire qu'une partie de la synapse fonctionne dans un sens alors que l'autre partie fonctionne dans l'autre sens. On voit ici apparaitre un précurseur du rétro-controle si cher aux physiologistes)

Maintenant pour ce qui est du système nerveux des cnidaires les choses aussi primitives soient elles n'en sont pas pour autant si simples. On trouve des cellules sensorielles équipées d'un cil sensoriel en contact avec l'environnement et des cellules des cellules baso epithéliales qui émettent des prolongements formant un réseau nerveux dans l'animal. Pour l'histoire qui nous intéresse il faut aussi noter que l'on ne trouve pas de cellule musculaire classiquement décrites mais des cellules dites myoepithéliales dont le noms est parlant (notez que l'on retrouve encore ce genre de cellules même dans les mammifères, exemple: autour des tubes séminifères). Comme je le disais hier au soir il est difficile de reconstituer le système primitif dont on a perdu toute trace (si tant est qu'il ait existé d'ailleurs). L'idée actuelle est que les cellules sensorielles étaient directement connectées aux cellules myoepithéliales dans un premier temps et que les neurones des ganglions basaux (attention à ne pas trop rapprocher ce terme des ganglions de la base du système nerveux central, on ne parle pas de la même chose ici!) sont apparus secondairement pour intégrer un élément modulateur au système.

Une question demeure toutefois. Quelle était la première cible de ces neurones et quelle était leur fonction.
Je conserve une gene quand à l'intitulé même de la question de ce fil. Je trouve que la distinction n'est pas faite assez clairement entre mouvement, moyen de locomotion et contractilité cellulaire qui peut servir à d'autre chose que se mouvoir. En un mot le système nerveux est il à l'origine et/ou intimement lié au mouvement en général, juste d'une des deux composantes, ou aucune des deux.
On a déjà évoqué le fait que la mobilité n'était pas apparue avec le système nerveux. Cependant on peut se demander si les cellules musculaires (ou myoepithéliales) ne seraient pas, elles, liées au développement du système nerveux. En fait non. Par exemple chez l'hydre le mouvement est possible grâce à des cellules myoepithéliales sans synapses. De la même manière les anémones de mer les mouvement digestifs ne sont pas controlés par des neurones. Ici on a bien des cellules contractiles qui provoquent des mouvements sans système nerveux rattaché.
Trouver la cible primaire d'un neurone de cnidaire n'est pas aisé. Ceci en raison d'axones de petite taille (non myélinisés) au parcours difficile à suivre. Il est à noter que les synapses neuromusculaires se font souvent en passant et qu'elles ne seraient pas nécessairement la cible terminale du neurone. Une chose intéressante chez les cnidaires est la présence d'une cellule particulière, le cnidocyte (d'où le nom). Cette cellule possède une vésicule (nématocyte) qui cache un harpon empoisonné. Ce harpon peut être devaginé à l'extérieur pour permettre à l'animal d'attaquer ou se défendre. Il existe des synapses neuronématocytaires. Le système nerveux pourrait servir à utiliser cet armement à bon escient. D'ailleurs, quand l'animal à bien mangé il ne sort plus son bidule même en présence de proie. Ceci suggère bien un contrôle que pourrait effectuer le système nerveux primitif. On a bien un mouvement ici mais il ne repose pas sur des cellules musculaires.

C'est deja bien long, je vous laisse digérer tout cela.
Cordialement,
piwi.

ref:
Westfall. J.A. (1996) Journal of Neurocytology 25, 735-746
Smith et al. (1974) Biological bulletin 147, 186-202
Lecointre et Le Guyader Classification phylogénétique du vivant (3^ème ed; Belin)

Salut Piwi,

Je ne retiens pas tout, car je ne suis pas expert (je suis informaticien). Cela dit, je crois comprendre le "sens général" de ton intervention. Par rapport à ton intervention, je souhaite réagir. Ma réaction ne s'applique peut-être pas à ton propos... Si c'est le cas, dis-le-moi (je suis un peu largué par les descriptions physiologiques).

Remarque préliminaire :

Je n'utilise pas le terme "système nerveux", car il semble que ce terme désigne quelque chose de très précis. Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, du cerveau, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires, contrôle le fonctionnement des organes, véhicule les informations sensorielles et motrices vers les effecteurs, et, chez les animaux dotés d'un cerveau limbique, régule les émotions, et ceux dotés d'un cerveau cognitif, régule l'intellect (CF WikiPedia: http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_nerveux).

Cette définition se réfère à l'organisation des animaux "évolués". Il n'est donc pas approprié pour parler des animaux "primitifs". C'est pour cette raison que j'utilise le terme de "système d'information" : Un système d'information (noté SI) représente l'ensemble des éléments participant à la gestion, au stockage, au traitement, au transport et à la diffusion de l'information au sein d'une organisation.

• Une organisation peut être n'importe quoi : un être vivant, par exemple.
• Et la nature du support de stockage, de transport et de gestion de l'information peut aussi être n'importe quoi. Donc c'est très générique.

Voici ma réaction :

• Le "système d'information" primitif n'était peut-être pas constitué de neurones, de synapses et de tous les composants que nous connaissons. Mais, peu importe la nature (les constituants) de ce système, il assure la fonctionnalité de "système d'information".
• L'"unité motrice" de base n'est peut-être pas la cellule musculaire. Mais, peu importe la nature de cette "nuitée motrice", elle assure la fonction motrice.

Donc, en terme fonctionnel, sans présumer de la nature des éléments constitutifs :

Le développement du "système d'information" des êtres vivants pourrait être associé à l'apparition de la motricité. Avec : Peu importe la nature (les constituants) du système d'information. Et, peu importe la nature de l'unité motrice.

Cela te semble-t-il "acceptable"?

Merci à tous,

Denis

[piwi]

Pour le système nerveux, votre représentation correspond bien au risque que j'exposais tantot, à savoir confondre la notion de système nerveux avec la représentation que l'on s'en fait dans les organismes "supérieurs".

En biologie un système est représenté par des tissus de natures différentes qui ensemble assurent une fonction commune. Dans le système digestif des mammifères on trouve le tube digestif ainsi que le foie, le pancréas.
Le système nerveux est un moyen de faire transiter l'information de manière rapide grâce à l'utilisation de dépolarisations se propageant de proche en proche le long des cellules et de cellules à cellules via des synapses (le plus souvent chimiques mais elles peuvent aussi être électriques)
On peut utiliser le terme système nerveux mais il faut le redéfinir dans le contexte ainsi que je l'ai fais. En fait, je me suis efforcé de le décrire autant que possible en restant simple.
Le problème à essayer d'utiliser des périphrases pour contourner autant que possible les termes précis est que l'on fini par avoir propositions floues et difficilement discutables.Tel que vous le proposez le "système d'information" pourrait être nerveux mais aussi endocrine, on pourrait imaginer aussi une information par propagation d'une onde de signal passant de proche en proche dans les cellules via des jonctions directes (gap junction). On a perdu un degré de précision. Vous n'avez toujours pas défini ce que vous entendez exactement par motricité. La mobilité de l'animal ou une capacité de contraction cellulaire? La question est difficile (mais intéressante!) parce que finalement on ne sait toujours pas exactement de quoi l'on parle. Malgré tout j'ai tout de même l'impression (et la satisfaction de voir) que l'on avance.

Cordialement,
piwi

[Squalor]

Salut!

De mon côté, je confirme que par l'utilisation du mot locomotion, je parle d'organismes capablent de se mouvoir dans un milieu donné.

Peut être ai je été trop loin dans mon analyse en rejoingnant la dimension cellulaire, mais il serait alors chouette que l'on précise exactement les limites de la discution du point de vue organisationel, c'est à dire si ce fameux " système d'information" doit être un ensemble de tissus cellulaires ou si on peut le réduire comme j'ai tenté de le faire à un simple ensemble de réaction biochimique !

L'initiateur de cette discussion devrait préciser jusqu'au il veut que l'on conduise nos réfléxions !

cordialement,

Greg

[akla]

(...)

Le développement du "système d'information" des êtres vivants pourrait être associé à l'apparition de la motricité. Avec : Peu importe la nature (les constituants) du système d'information. Et, peu importe la nature de l'unité motrice.

Cela te semble-t-il "acceptable"?

Merci à tous,

Denis

Rebonjour,

Pas pour moi, si je pousse la note et Pour être plus précis et plus fidèle à la majorité de phénomènes, je dirait que le mouvement à amené le développement du "système informations" des êtres vivants car il existait avant ce dernier, ceci à amené à des mouvements plus élaboré si je peux dire.

cordialement

[invité576543]

Pas pour moi, si je pousse la note et Pour être plus précis et plus fidèle à la majorité de phénomènes, je dirait que le mouvement à amené le développement du "système informations" des êtres vivants car il existait avant ce dernier, ceci à amené à des mouvements plus élaboré si je peux dire.

Pas plus élaboré. Plutôt un changement d'échelle. Le même que celui observé en comparant organismes multicellulaires et unicellulaires.

D'un certaine manière, on pourrait dire que le système nerveux est lié aux mouvements à grande échelle des multicellulaires, ce qui est presque évident présenté ainsi, puisque c'est la multicellularité qui pose la question technique de la coordination de plusieurs cellules espacées.

Autre axe, revenant au même, un système de traitement de l'information existe aussi dans le cas unicellulaire, en liaison avec les mouvements à cette échelle. Cela existait avant les multicellulaires. Mais ce n'est pas un système nerveux, c'est interne à la cellule. Le mouvement à grande échelle des multicellulaires va avec un système de traitement de l'information multicellulaire, dont le système nerveux des animaux est un exemple.

On peut parler de "plus élaboré" en comparant des multicellulaires entre eux, à la même échelle. Comme comparer un animal avec un mimosa sensitif. La question est alors s'il existait, chez des multicellulaires, un système de coordination des cellules musculaires suffisamment peu élaboré pour qu'on n'appelle pas cela un système nerveux, ou si c'est l'apparition du système nerveux qui a permis la coordination de mouvements à grande échelle chez les eumétazoaires.

Cordialement,

[invité2342189040976543]

Salut à tous,

J'ai pris connaissance de vos interventions. Et, effectivement, je pense qu'il est important de préciser les termes employés. Aussi, je vais tenté d'être plus précis :

Motricité :

Je prends la définition liée au sport. Ensemble de fonctions corporelles assurée par le système locomoteur et le système nerveux permettant les mouvements et les déplacements. Techniquement, on parle d’acte moteur c’est-à-dire de l’unité de comportement (Wikipedia).

• Il y a la notion de déplacement : se déplacer d'un point A à un point B.
• Il y a aussi la notion de mouvement : mastiquer est un mouvement, par exemple.

Par contre, j'ai du mal à définir le "système nerveux" :

• Si je fais référence au système nerveux tel que nous le connaissons aujourd'hui, alors la définition ne couvre pas "l'ancêtre du système nerveux".
• Si j'utilise le terme "système d'information", c'est trop générique. Car, effectivement, la définition générique couvre "tout" (le système immunitaire entre dans cette définition).

Alors, je vais tenter de définir ce à quoi je pense... avec mes mots. N'hésitez surtout pas à me corriger, car mon vocabulaire en la matière n'est certainement pas ce que l'on fait de mieux. Je me lance :

Système nerveux :

• Pour les animaux "évolués" : Le système nerveux, dont la définition est donnée par Wikipedia (CF définition en fin de POST). Les mouches et les fourmis ont-elles un système nerveux qui correspond à cette définition? Si non, alors il faut revoir la définition pour englober le cas des mouches et des fournis.
• Pour les animaux "anciens" (qui ne vivent peut être plus) : Le "système" (d'information?) qui a donné naissance au cerveau, chez les animaux qui possèdent un cerveau.

Oui, je sais, il y a une incertitude sans cette définition. On ne définit pas "ce qui a donné naissance au cerveau". Mais, sur ce point, je sèche complètement. Je n'ai aucune idée de ce qui a donné naissance au cerveau. Et, en lisant vos interventions, j'ai l'impression que l'on n'a pas la réponse.

Il me semble que les affirmations suivantes sont vraies (corrigez-moi si je me trompe) :

• Tous les animaux qui ont des muscles (pour se déplacer ou bouger) ont un "système nerveux", tel que défini par Wikipedia. J'englobe dans ces animaux les fourmis.
• Les autres "systèmes d'informations" (immunitaire, hormonaux,...) servent de "régulateurs chimiques".

Cela vous semble-t-il suffisamment précis?


Annexe :

Système nerveux selon Wikipedia : Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, du cerveau, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires, contrôle le fonctionnement des organes, véhicule les informations sensorielles et motrices vers les effecteurs, et, chez les animaux dotés d'un cerveau limbique, régule les émotions, et ceux dotés d'un cerveau cognitif, régule l'intellect. Quid des mouches et des fourmis?

Système d'information selon Wikipedia : Un système d'information (noté SI) représente l'ensemble des éléments participant à la gestion, au stockage, au traitement, au transport et à la diffusion de l'information au sein d'une organisation.

[invité576543]

On peut parler de système nerveux pour tous les eumétazoaires (ou du moins tous les eumétazoaires ont un eumétazoaire avec système nerveux dans ses ancêtres). Ca inclut les insectes, mais aussi les vers de terre ou les méduses.

Par contre parler de cerveau n'est pas générique.

Système nerveux serait quelque chose comme (proposition...): système d'information composé d'une multiplicité de cellules, tel que tout ou partie de l'information qui passe entre deux cellules du système passe par une synapse.

(C'est à raffiner, selon qu'on veut inclure ou non les cellules sensitives dans le système nerveux, par exemple.)

Cordialement,

[akla]

Je suis Entièrement d`accord Michel, mais c`est justement l`anbiguité du concept mouvement qui ma obligé a mélanger les échelles, car dans mon esprit chaque mouvement dépend d`un mouvement plus simple donc chaque mouvement s`ajoutant devient par rapport à un premier une sorte d`accélération du mouvement. Bon, Exprimer ma penser demande une amélioration c`est un fait.

Si l`on s`en tien à un mouvement animal, il est nécessaire de trouver une différence de mouvement entre l`être qui a un système nerveux et celui qui n`en n`a pas, par la suite de faire la différence entre les mouvement de contraction d`élongation, défense ou de retrait, d`attaque, des mouvement demandant une habilité à effectuer une tâche, de précision de finesse etc.. et les relier dans un concept évolutif pour en saisir un parallèle avec l`évolution du système nerveux en question.

Il y a le problème énergitique aussi, une foi la vitesse optimisé elle ne devient plus rentable d`ou il y aurait eu possibilité d`un choix entre vitesse et je ne sais pas moi, sauter, voler ou un autre mouvement plus rentable. Bref comme je disais au début il est essentiel a mon avis de catégoriser ou classifier les sorte de mouvement ayant apparût évolutivement pour répondre à la question.

Et mon questionnement ne s`arrête pas là

cordialement

[Mecton]

J'ai du mal à comprendre pourquoi il est nécessaire que le mouvement soit au centre de la question. C'est loin d'être la seule fonction à la quelle est associées nos neurones pourtant ?
Après, l'idée que le mouvement nous apparait à nous comme un avantage sélectif et que le système nerveux est étroitement corréler dans le temps à son apparition est peut être un piège. Je m'explique : Apparemment nombre des fonctions qui nous caractérisent ne sont pas supportées par des structures qui avaient cette fonction à la base. C'est l'idée d'exaptation que suggérais Aquilegia, l'idée que les structures ne sont pas apparut "pour" la fonction qu'ils occupent aujourd'hui. C'est la difficulté que souligne Piwi en disant que nous n'avons que des formes tout ou rien de ce qu'est un système nerveux.
Au passage : très intéressant post sur les systèmes nerveux des cnidaires, merci.

Alors ? Pourquoi penser que c'est le mouvement qui est au centre de la question ?

[piwi]

Apparemment nombre des fonctions qui nous caractérisent ne sont pas supportées par des structures qui avaient cette fonction à la base. C'est l'idée d'exaptation que suggérais Aquilegia, l'idée que les structures ne sont pas apparut "pour" la fonction qu'ils occupent aujourd'hui.

C'est la porte que j'entrouvrais dans mon poste en soulignant bien que les synapses neuromusculaires étaient le plus souvent des synaspes en passant. C'est à dire que l'axone établi un contact avec la cellule myoépithéliale sur sa longueur d'une manière que l'on pourrait imaginer opportuniste. Dans ces conditions difficile d'accepter que la cellule musculaire soit la cible principale des neurones primitifs.
Ce que l'on peut imaginer c'est un schéma arborescent avec au sommet le cnidocyte et de part et d'autre les cellules myoépithéliales. En disparaissant il ne reste plus que ce qui ressemble fort à une unité motrice. Cependant ce schéma n'est pas totalement satisfaisant dans la mesure où il existe aussi des synapses neuroglandulaires et ce même chez les cnidaires.
En fait, je doute fort que l'on ne trouve jamais la première cible des neurones. Le réadressage n'est en tout cas absolument pas exclu.

Cordialement,
piwi

[akla]

(...)

Alors ? Pourquoi penser que c'est le mouvement qui est au centre de la question ?

D`accord Mecton avec l`argumentation, mais la question dans l`énoncé principale est la relation entre le mouvement animal et le system nerveux d`un point de vue évolutif qu`il est tenté ici de pousser à bout, je crois.

cordialement

[invité576543]

C'est la porte que j'entrouvrais dans mon poste en soulignant bien que les synapses neuromusculaires étaient le plus souvent des synaspes en passant. C'est à dire que l'axone établi un contact avec la cellule myoépithéliale sur sa longueur d'une manière que l'on pourrait imaginer opportuniste. Dans ces conditions difficile d'accepter que la cellule musculaire soit la cible principale des neurones primitifs.

Je ne comprends pas trop la difficulté. C'est peut-être une solution pour commander plusieurs cellules musculaires. La synapse en passant montre que la cellule musculaire en question n'est pas la seule cible, mais les autres cibles peuvent être d'autres cellules musculaires.

Pour coordonner des cellules musculaires, c'est une technique, non?

Cordialement,

[piwi]

La difficulté se trouve au niveau de la question du fil.
Qu'un neurone contrôle plusieurs cellules musculaires est un fait. C'est la notion d'unité motrice (composée d'un neurone moteur et de l'ensemble des fibres musculaires qu'il innerve). Pas de souci sur ce point.
Mais la question est: est ce pourquoi le système nerveux a été adopté en premier lieu. Les premiers neurones innervaient-ils des cellules musculaires ou myoépithéliales?
En fait le schéma dominant semble être que oui. Je ne suis pas spécialiste du système nerveux mais il y a une chose qui semble resortir à chaque fois que je me plonge dans dans son évolution. On part souvent d'une cellule unique qui joue tous les rôles. C'est le cas par exemple pour l'oeil où l'on a une cellule qui est un photorécepteur doté de pigment pour isoler le signal lumineux et permettant directement une réaction. Ensuite on voit au cours de l'évolution la cellule se scinder en deux avec les cellules pigmentaires et le photorécepteur et ainsi avec le temps les cellules se spécialisent. M'est avis que ce schéma de développement se généralise. L'image que l'on se fait d'un système nerveux très archaique serait deux cellules: une cellule sensorielle connectée directement à une cellule myoépithéliale. La complexification viendrait de la cellule sensorielle abandonnant sa composante d'intégration du signal faisant apparaitre les neurones. D'ailleurs les neurones de cnidaires ont des fonctions encore mal définies et cumulent des caractéristiques de plusieurs types de neurones (ex: interneurones, neurones moteurs).

Dans ce schéma ont aurait donc une chaine composée par la cellule sensorielle, les neurones et en bout de chaine le cellule myoépithéliale. Or il se trouve que la cellule myoépithéliale ne semble pas être en bout de chaine mais que d'une certaine manière elle semble se placer en dérivation sur le système. D'où la remarque, qu'est ce qui est la cible primaire du neurone?

[invité576543]

D'où la remarque, qu'est ce qui est la cible primaire du neurone?

Une chose échappe au non-spécialiste que je suis. Que couvre la notion de "cible primaire"? La cellule en contact avec la synapse terminale de l'axone?

---

Autre question: peut-on montrer, à partir du développement embryonnaire des eumétatozaires en général, que les cellules nerveuses et sensitives sont d'un côté, et les cellules musculaires ou myoépithéliales de l'autre? Autrement dit, est-ce l'embryologie peut infirmer des thèses genre "cellules nerveuses et sensitives dérivent d'une même souche, et cellules musculaires d'une autre" (et on suppose que cela copie l'évolution) ou "cellules nerveuses et musculaires dérivent d'une même souche, et cellules sensitives d'une autre"?

Cordialement,

[piwi]

La notion de cible primaire est de mon cru et j'admets bien volontiers qu'elle ne soit pas forcément très heureuse. Elle repose sur le schéma que je tente de préciser depuis quelques messages. L'idée est celle d'une chaine à trois maillons. La cible primaire serait ce troisième maillon "originel".
Ce que j'essaie de préciser c'est l'idée que la cellule musculaire n'est peut être pas ce maillon, qu'il a pu en exister un autre que l'on ne connaitra jamais avec certitude. Je suis bien conscient que l'on atteint ici une limite. Mais la question reste ouverte.

Pour ce qui est du développement embryonnaire je suis plus dans mon domaine. Les cnidaires sont diploblastiques. Ils sont formés d'un ectoderme et d'un endoderme entre lesquels s'interposent une gelée que l'on appelle mesogelée. L'origine des neurones se trouve dans l'ectoderme et leur axones courent dans la mesogelée. Les cellules myoepithéliales sont aussi ectodermiques mais aussi endodermiques.
Chez les triploblastiques, d'une manière générale on a les neurones qui ont une origine ectodermique et les cellules musculaires qui sont données par le mesoderme. Il reste cependant le cas des crêtes neurales qui sont données par l'ectoderme et qui donneront aussi des muscles et des nerfs. Chez les triploblastiques les cellules endodermiques ne donnent pas de cellules musculaires. Ceci suggère que les cellules musculaires dérivent des cellules myoépithéliales ectodermiques alors que celles d'origine endodermiques se seraient perdues.
Pour répondre à ta question, cellules nerveuses et cellules myoépithéliales/futures cellules musculaires dérivent du même feuillet, en accord avec ce que je mettais en place plus haut. Je ne sais pas exactement où l'on diverge vers un type cellulaire ou l'autre dans le développement de ces organismes que je connais quand même assez mal. Une piste intéressante pourrait être le nématode C.elegans, j'y jetterai un œil.

Cordialement,
piwi