Un cadeau pour les animaux de bactéries magnétotactiques

Photo : tortues marines, auteur Claudio Giovenzana, CC BY-SA 3.0 Via Wikimedia Commons.

Note de l’éditeur: Regardez un tout nouvel épisode pour en savoir plus sur les bactéries magnétotactiques et leur conception intelligente Cell Secrets avec Michael Becque vous trouverez dans cet article juste en dessous.

Les pigeons domestiques rentrent chez eux à partir de points de lâcher étrangers. Les tortues de mer et les saumons traversent indéniablement les océans dans les zones d’alimentation et rentrent chez eux à travers l’eau de mer trouble. Les papillons traversent des milliers de kilomètres vers des arbres spécifiques qu’ils n’ont jamais vus auparavant pour l’hiver. Même les vaches s’alignent généralement nord et sud. Une chose unit ces différents êtres de différents clans et familles : la capacité de percevoir et de s’aligner avec le champ géomagnétique de la Terre. Où ont-ils obtenu cette capacité? Comment ça marche? Les oreilles sont entendues; voir a des yeux, mais cet “esprit sans récepteur” est un mystère depuis un demi-siècle. Certains scientifiques pensent maintenant que les bactéries ont peut-être partagé leur technologie avec des animaux, mais les tests de cette possibilité sont en cours.

Robert Wells a des nouvelles de l’Université de Floride du Sud avec une photo d’une tortue marine pondant ses œufs sur la plage. Le sixième sens magnétique d’un animal peut provenir de bactéries, suggère New Paper. C’est une question “qui reste non résolue malgré 50 ans de recherche”.

“La recherche d’un mécanisme a été proposée comme une des dernières grandes frontières de la biologie sensorielle et est décrit comme si nous étionsrechercher une aiguille dans une pile d’aiguillesDit Robert Fitak, professeur agrégé au département de biologie de l’UCF, qui fait partie de l’UCF College of Science.

Fitak et des chercheurs du Royaume-Uni et d’Israël ont récemment écrit un article Transactions philosophiques de la Royal Society qui propose une l’hypothèse que la sensation magnétique résulte d’une relation symbiotique avec des bactéries magnétotactiques. [Emphasis added.]

Un regard sur le document montre que cette hypothèse n’est guère plus qu’une supposition et nécessite beaucoup plus de recherches. Néanmoins, l’idée peut être une percée qui rassemble différents groupes d’animaux navigateurs autour d’un thème commun de symbiose bactérienne.

Les bactéries magnétotactiques s’agitent

Une recherche publiée par la Royal Society (accès libre), co-écrite par Fitak avec trois autres scientifiques, présente les minuscules protagonistes de l’hypothèse : les bactéries magnétotactiques (MTB) :

Le VTT est un groupe diversifié procaryotes caractérisé par dont la direction de mobilité est affectée par un champ magnétique. Contrairement aux animaux, ils ont un mécanisme de magnétotaxie bien comprisen utilisant des organites intracellulaires spéciaux appelés magnétosome[s] (cristaux minéraux magnétiques, dont chacun est entouré d’une membrane bicouche phospholipidique).

L’incorporation de particules minérales inorganiques dans les organismes n’est pas propre aux bactéries. Nous, les humains, avons aussi des calculs dans la tête : de minuscules particules de carbonate de calcium appelées otoconia dans les organes d’équilibre de l’oreille. Chez les poissons, on les appelle des otolithes (pierres auriculaires), mais ils ont la même fonction de base (voir 2015). dynamique de développement pour le descriptif). Ces minéraux, qui sont entourés de protéines et de neurones dans l’utérus et le sac de l’oreille interne, réagissent à la gravité et à l’accélération et transmettent ces informations au cerveau. De cette façon, nous savons dans quelle direction nous nous inclinons ou même nous tenons les yeux fermés. Sans ces minéraux, les étourdissements deviennent un problème sérieux.

Une réaction similaire à la force physique se produit chez les bactéries MT, sauf qu’au lieu de la gravité avec le magnétisme. Les magnétosomes, généralement logés dans une seule file, attirent les champs magnétiques, y compris le champ magnétique terrestre. Ils s’alignent sur le terrain et ressentent la traction. La bactérie entière réagit au moment magnétique en mouvement et se déplace dans cette direction. Cependant, la présence de magnétite seule dans la bactérie ne garantit pas une réponse. Comme pour toute autre unité fonctionnelle de la vie, les bactéries possèdent des gènes et des protéines qui construisent ces biominéraux et les placent dans des magnétosomes sous contrôle strict. Ce n’est pas un processus facile. Les auteurs pensent que le MTB indépendant partageait les gènes situés sur les îles magnétosomales (AMI) par transfert horizontal de gènes. Cependant, la liaison des organites magnétiquement sensibles au mouvement des cellules bactériennes n’est pas bien comprise.

Points pour la théorie du VTT

Explorer le mystère de la navigation magnétique animale a conduit à deux théories principales. Une théorie, la théorie de la “paire radicalaire”, induit des effets mécaniques quantiques dans des protéines spécifiques appelées cryptochromes. L’excitation d’électrons impairs en réponse à la lumière UV peut agir comme un capteur du champ magnétique terrestre. Une autre théorie implique des matériaux magnétiques dans les membranes cellulaires. Les deux théories ont donné des résultats contradictoires. L’équipe de l’USF suggère maintenant que les animaux navigateurs ont développé des relations symbiotiques avec des bactéries magnétotactiques.

Hypothèse du capteur magnétique symbiotique est particulièrement plausible compte tenu de la reconnaissance croissante du rôle diversifié des bactéries symbiotiques dans la physiologie de leurs hôtes (par exemple, comme le montre cette édition spéciale). Cependant, trois critiques majeures Jusqu’à présent, les hypothèses ont révélé : (i) le manque de preuves empiriques de l’existence d’une telle symbiose, (ii) la probabilité de développer des MTB symbiotiques, étant donné que leur prévalence chez les espèces hôtes potentielles est encore rarement rapportée, et (iii) le manque d’un mécanisme connu pour permettre aux VTT eucaryotes de développer des VTT symbiotiques, de ressentir ou d’interagir avec lui. Ici, nous passons en revue et discutons des preuves récentes de l’hypothèse, démontrons qu’une telle symbiose est probable, démontrons que l’ADN de MTB est régulièrement trouvé dans les tissus animaux et discutons des mécanismes de détection possibles de l’hôte-MTB qui indiquent que l’ADN de MTB est régulièrement trouvé dans les tissus animaux. et discuter des mécanismes de détection hôte-MTB possibles.

Le VTT est partout

L’une des conclusions de l’équipe était que les bactéries magnétotactiques ne sont pas rares. Ceux-ci sont beaucoup plus fréquents que prévu :

Il est donc important de souligner que le VTT est pas une anecdote nature, mais en fait il y a des VTT partout dans un milieu aquatique et anaérobie et avoir une distribution mondialeOccupation aquatique et sédimentaire milieux marins, sédiments profonds et milieux semi-pélagiques : à la fois les établissements au pH neutre et les milieux extrêmes tels que les lacs salins-alcalins et même les thermes.

Ils ont mené plus de 55 000 études métagénomiques à la recherche de MTB d’espèces connues dans divers produits animaux et environnements écologiques. Bien que préliminaires, les résultats indiquent fortement que les gènes MTB sont associés à du matériel animal dans environ 53 % des cas. C’était en réponse à la critique (ii).

Le VTT est-il concerné ?

La question plus profonde est de savoir si MTB forme des relations symbiotiques avec d’autres organismes. Ils ont parlé de la découverte d’un microbe des profondeurs recouvert de MTB capable de se déplacer vers les magnétosomes ; c’était “la première preuve empirique à l’appui d’une interaction symbiotique entre le VTT et les eucaryotes”. Ils ont ensuite signalé que l’oiseau traité à la canne avait perdu sa perception magnétique. Cela suggérait que les oiseaux comptaient sur le VTT symbiotique pour la navigation. Il a répondu à la critique (i).

Problème communautaire

Dans la dernière partie de l’article, quatre chercheurs ont répondu à la critique (iii). Ils ont fourni des mécanismes initiaux par lesquels les VTT, lorsqu’ils sont présents dans le corps des animaux navigateurs, peuvent aider les animaux à naviguer. L’outil est inutile si la créature ne peut pas l’utiliser. Par exemple, comment un microbe aligné magnétiquement à l’intérieur d’un oiseau le fait-il voler en ligne avec le champ géomagnétique ?

Dans le cas des eucaryotes unicellulaires, ils suggèrent que plusieurs VTT peuvent se concentrer le long d’un seul axe, entraînant un mouvement dans cette direction. Dans les cas multicellulaires, le MTB peut se concentrer à une extrémité des cellules, facilitant la communication intercellulaire si l’hôte possède des récepteurs pour interpréter la sécrétion de MTB. Chez les animaux avec des cils sensoriels dans leurs cellules, le MTB à l’intérieur des cils peut déclencher l’alignement des cils avec un couple magnétique, “facilitant une réponse neuronale”. Et pour les organismes complexes tels que les oiseaux, le mouvement du VTT au-dessus de l’œil peut permettre à l’oiseau de détecter l’orientation magnétique en temps réel et de voler en conséquence. Il n’a pas été expliqué comment l’oiseau perçoit cela comme une information utile au lieu d’un bruit.

Questions supplémentaires

Ces suggestions sur la façon dont les animaux peuvent utiliser les bactéries MT pour naviguer sont, au mieux, brutes. Les auteurs reconnaissent que l’étude en est à ses balbutiements. Beaucoup plus d’observations et d’expériences sont nécessaires pour trouver des bactéries MT chez ces animaux, sans parler de savoir si elles créent des relations symbiotiques avec elles et associent les moments magnétiques des bactéries aux réactions réelles des animaux. Cinquante ans d’apprentissage et les chercheurs en sont encore au niveau des hypothèses ! “En conclusion”, concluent-ils, “l’hypothèse du capteur magnétique symbiotique est une hypothèse à considérer”.

Dans un documentaire Illustra Eaux vives, présente le bel équipement de navigation des tortues marines. Les tortues sont capables de déterminer à la fois la force et l’angle de la ligne de champ magnétique et se déplacent exactement à l’angle requis pour atteindre la zone d’alimentation sans repères visuels. S’ils sont proches de la cible, ils peuvent utiliser d’autres astuces pour y arriver, comme l’odorat et la vue. Des années ou des décennies plus tard, ils se rappellent comment revenir, atteignant souvent quelques mètres de la plage où ils ont éclos. Cette réalisation est bien plus qu’une symbiose avec des partenaires bactériens alignés sur des points cardinaux. Ils doivent être capables de créer une carte magnétique dans leur cerveau et de la stocker en mémoire, puis de faire des allers-retours.

D’autres navigateurs magnétiques, tels que les oiseaux migrateurs, la truite, les papillons, les anguilles et même les mouches à vinaigre, ont le même équipement de navigation précis. L’année dernière, Scientifique a noté que lorsque les gens ont commencé à utiliser des boussoles au 12ème siècle,

D’autres animaux sont des navigateurs magnétiques depuis bien, bien plus longtemps. De nombreuses espèces différentes – de aquatiques et insecticides sur les tortues marines, les poissons et les oiseaux – sont capables de s’orienter par rapport au champ magnétique terrestre. Chez les mammifères, des rats taupes nus, des cerfs et même des chiens semble également être ce cadeau. Des chercheurs ont récemment montré que ondes cérébrales humaines pour répondre aux changements des champs magnétiques, bien qu’il soit loin d’être clair si nous pouvons ou non utiliser cet effet pour naviguer.

Pas d’évolution darwinienne

Si ces auteurs ont raison, les minuscules bactéries ont d’abord eu une navigation magnétique. S’ils l’ont transmis à d’autres bactéries par transfert horizontal de gènes, ce n’est pas une évolution darwinienne ; c’est un partage de la technologie existante. Et lorsque les animaux supérieurs utilisaient cette technologie, ils devaient encore établir des relations symbiotiques durables avec les bactéries, puis les combiner avec des fonctionnalités telles que la cartographie, la mémoire et l’intégration avec d’autres sens. Était-ce la conséquence d’un accident ? Nulle part ces chercheurs n’expliquent comment les bactéries ont inventé la magnétotaxie et l’ont codée dans leurs gènes. Ils n’expliquent pas non plus comment des animaux plus grands ont adopté cette technologie et y ont construit des systèmes de précision. L’évolution n’a pas réussi à expliquer cette idée subtile. La science du design mérite un virage. (Au fait, certaines chauves-souris peuvent aussi naviguer avec du magnétisme.)

Si le VTT est également considéré comme notre partenaire symbiotique, ne serait-il pas cool de voir si nous pouvions retrouver la capacité de naviguer en entraînant le sentiment que nous avons perdu avec la décentralisation ? Au lieu de transporter une boussole dans votre poche, nous pourrions utiliser une boussole intégrée.

Cet article a été initialement publié en 2020.

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