Des chercheurs basés aux États-Unis et au Royaume-Uni affirment avoir enfin localisé la « tête » des étoiles de mer, grâce à une enquête génétique inédite.
Une équipe internationale de biologistes vient de lever un voile vieux de plusieurs siècles sur l’anatomie des étoiles de mer. En analysant finement leurs gènes, ces scientifiques, cités par le média économique américain Business Insider, montrent que ces animaux marins ne possèdent pas une simple tête, mais une organisation bien plus déroutante, qui bouscule les manuels de zoologie.
Un casse-tête zoologique depuis les débuts de la discipline
Depuis les premiers naturalistes, une question obsède les spécialistes des animaux marins : où se situe la tête d’une étoile de mer ? Avec son corps plat en forme d’étoile et ses cinq bras, rien ne ressemble à ce que les biologistes connaissent chez les vertébrés ou les insectes.
Laurent Formery, principal auteur de l’étude publiée dans la revue scientifique Nature, rappelle que ce mystère « remonte aux débuts de la zoologie ». Là où la plupart des animaux présentent une organisation classique, avec une partie antérieure (la tête), un tronc et des membres, l’étoile de mer, elle, échappe à ces repères familiers.
Chez l’être humain, les oiseaux, les reptiles ou encore la plupart des insectes, le corps suit une symétrie dite bilatérale : si l’on trace une ligne au milieu du corps, le côté gauche et le côté droit se répondent comme dans un miroir. Cette organisation aide les chercheurs à repérer la tête, le tronc et les membres.
Les étoiles de mer, au contraire, affichent une symétrie radiale à cinq branches. Impossible, à l’œil nu, de dire où commence ou où finit une éventuelle tête. Formery résume ce désarroi : face à une étoile de mer, « il n’y a rien qui ressemble à notre propre tête. On n’a tout simplement aucune idée » d’où la situer.
Les nouvelles analyses montrent que l’étoile de mer n’a pas une tête unique, mais des régions « tête » dans chacun de ses bras, ainsi qu’au centre du corps.
Comment la génétique a cassé le code de l’étoile de mer
Pour résoudre ce vieux problème, les chercheurs se sont tournés vers la génétique du développement, un domaine qui décrypte comment les gènes s’activent pour construire un organisme, région par région : ici une patte, là un torse, plus loin une tête.
Pendant longtemps, les scientifiques n’avaient, selon Formery, « accès qu’à l’anatomie et à la morphologie ». Autrement dit, ils pouvaient observer la forme extérieure et disséquer les tissus, sans voir ce qui se passait au niveau moléculaire. Or, dans le cas de l’étoile de mer, la forme ne donne presque aucun indice utile.
Les progrès récents en biologie moléculaire ont changé la donne. L’équipe a pu « ignorer la morphologie » et se concentrer uniquement sur l’activation des gènes au cours du développement. Elle a ainsi cartographié le code génétique exprimé dans les différentes parties du corps de l’étoile de mer, notamment dans chacun de ses bras.
Un corps presque entièrement « tête »
Les chercheurs s’attendaient à un schéma classique : des gènes caractéristiques de la tête dans une région précise, et d’autres, typiques du tronc, ailleurs sur le corps. C’est ce que l’on observe chez la vaste majorité des animaux étudiés.
En réalité, leurs résultats ont pris tout le monde à revers. Au lieu de trouver une alternance nette entre gènes de tête et gènes de tronc, ils ont découvert que la plupart des gènes activés dans les bras de l’étoile de mer correspondent à des gènes « de tête » chez les autres animaux.
Le co-auteur Jeff Thompson, maître de conférences à l’université de Southampton, résume cette surprise dans un communiqué cité par Business Insider : les gènes habituellement impliqués dans la structuration du tronc « n’étaient pas exprimés » dans l’ectoderme, la couche externe du corps. Il en conclut que « l’ensemble de la structure corporelle des échinodermes ressemble à peu près à celle de la tête dans d’autres groupes animaux ».
Formery évoque une découverte « très étrange » et totalement inattendue, que personne n’avait réellement envisagée avant l’arrivée de ces nouveaux outils de séquençage. Autrement dit, du point de vue des gènes, une étoile de mer serait en grande partie composée de régions équivalentes à une tête, répétées dans chaque bras et autour du centre.
Les étoiles de mer apparaissent comme des animaux « multi-têtes » : un centre et cinq bras tous construits sur un plan génétique de tête, sans véritable tronc identifiable.
Une parenté plus forte qu’il n’y paraît avec l’être humain
À première vue, rien ne semble rapprocher une étoile de mer d’un humain. Pourtant, ces animaux appartiennent au même grand groupe que les vertébrés, celui des deutérostomiens. Business Insider rappelle, via un article de Stanford News, que cette parenté se manifeste dans leurs gènes.
Les scientifiques se sont appuyés sur ces similarités pour chercher, chez l’étoile de mer, les gènes connus pour définir la tête et le tronc chez les autres animaux. C’est en retrouvant leurs traces, mais à des endroits inattendus, qu’ils ont pu reformuler la question : non plus « où est la tête ? », mais « combien de têtes y a-t-il, et qu’est-ce qu’un tronc pour un tel animal ? ».
Les résultats suggèrent que la lignée des échinodermes, qui inclut aussi les oursins et les concombres de mer, a profondément remanié le plan de base du corps animal. Là où d’autres espèces ont gardé une séparation nette entre tête et tronc, les étoiles de mer auraient conservé principalement les éléments « tête », au détriment des structures associées au reste du corps.
Les étoiles de mer ont-elles un cerveau caché ?
Ce nouveau regard sur la tête de l’étoile de mer pose immédiatement une autre question : si ces animaux ont des régions de type « tête » dans chaque bras, possèdent-ils aussi plusieurs cerveaux ?
Formery reconnaît vouloir analyser plus finement ces structures pour répondre à cette interrogation. Les livres de biologie décrivent traditionnellement un système nerveux très simple chez les étoiles de mer, souvent présenté comme dépourvu de véritable cerveau. On parle plutôt d’un anneau nerveux central, d’où partent des nerfs dans chaque bras.
Les travaux de l’équipe suggèrent pourtant que certains gènes impliqués dans la formation du système nerveux de l’étoile de mer sont les mêmes que ceux qui, chez l’être humain, participent au développement du cerveau. Formery y voit le point de départ de nouvelles recherches : « Cela soulève des questions très intéressantes : qu’est-ce que le système nerveux d’une étoile de mer ? Et est-ce un cerveau ? Est-ce, au fond, une forme de cerveau ? »
Les mêmes familles de gènes qui sculptent le cerveau humain sont actives dans le système nerveux des étoiles de mer, relançant le débat sur ce qu’est un « cerveau » chez ces animaux.
Ce que cela change pour notre vision des animaux marins
Au-delà de la curiosité anatomique, ces résultats obligent les biologistes à reconsidérer ce qu’ils appellent une tête, un tronc ou un cerveau. L’étoile de mer montre qu’un animal peut s’écarter fortement des schémas habituels tout en utilisant des gènes très proches de ceux des humains.
Pour la recherche, cela signifie que l’étude d’animaux en apparence très différents peut éclairer les grandes étapes de l’évolution du corps et du système nerveux. Les échinodermes deviennent ainsi un modèle précieux pour comprendre comment un même ensemble de gènes peut produire des architectures corporelles radicalement variées.
Où en est la recherche sur les étoiles de mer en France ?
En France, plusieurs laboratoires de biologie marine – notamment au sein du CNRS, d’universités côtières ou de stations marines historiques comme Roscoff ou Banyuls – s’intéressent depuis longtemps aux échinodermes. Ces animaux servent par exemple de modèles pour étudier le développement embryonnaire, la régénération des tissus ou encore l’impact de la pollution sur la faune marine.
Les chercheurs français n’ont pas attendu l’étude publiée dans Nature pour utiliser la génétique du développement, mais ces nouveaux résultats ouvrent de nouvelles pistes. Ils peuvent, par exemple :
- revisiter les manuels d’anatomie comparée utilisés dans l’enseignement supérieur ;
- affiner les expériences sur la régénération des bras d’étoiles de mer, en ciblant les gènes de « tête » ;
- mieux comprendre comment se met en place le système nerveux chez ces animaux, en le comparant à celui des vertébrés.
Pour le public français, la découverte change aussi la manière de voir ces animaux sur le littoral atlantique ou méditerranéen : l’étoile de mer posée sur un rocher, souvent manipulée lors des sorties nature, apparaît désormais comme un organisme beaucoup plus sophistiqué qu’un simple « disque avec cinq bras ».
Ce que révèle cette étude sur l’évolution du corps animal
Le cas de l’étoile de mer illustre un principe clé de l’évolution : le plan du corps peut être profondément remanié à partir d’un même jeu de gènes. L’organisation bilatérale héritée d’un ancêtre commun a été, chez les échinodermes, remodelée en structure radiale, tout en gardant un noyau de gènes partagés avec les vertébrés.
Ce type de travail aide les biologistes de l’évolution à reconstituer les grandes branches de l’arbre du vivant. En comparant les profils d’expression des gènes de la tête et du tronc dans de nombreux groupes animaux, ils peuvent mieux comprendre à quel moment certains lignages ont pris des chemins anatomiques très différents.
| Type d’animal | Symétrie principale | Organisation tête / tronc |
|---|---|---|
| Humains et autres mammifères | Bilatérale (gauche / droite) | Tête bien distincte d’un tronc central |
| Insectes | Bilatérale | Tête, thorax, abdomen clairement séparés |
| Étoiles de mer (échinodermes) | Radiale à cinq branches | Régions « tête » répétées dans chaque bras, tronc peu identifiable |
Comprendre quelques notions clés : symétrie et gènes de développement
Deux notions ressortent particulièrement de l’étude rapportée par Business Insider : la symétrie du corps et les gènes de développement.
La symétrie bilatérale décrit un corps qui peut être divisé en deux moitiés miroirs. Elle s’accompagne souvent d’une concentration des organes sensoriels et du cerveau à l’avant, là où se trouve la tête. La symétrie radiale, elle, répartit les structures autour d’un centre, comme les pétales d’une fleur ou les bras d’une étoile de mer.
Les gènes de développement, eux, orchestrent la mise en place des grandes régions du corps dès l’embryon. Certains, très conservés au cours de l’évolution, sont spécialisés dans la définition de l’axe tête–queue ou dans la construction du tronc. Les retrouver dans des positions inattendues, comme chez l’étoile de mer, signale un bouleversement du plan corporel par rapport à la « norme » bilatérale.
Pour les amateurs de biologie marine comme pour les promeneurs sur les plages françaises, cette nouvelle lecture de l’étoile de mer offre une façon différente de regarder un animal familier : sous chaque bras se cache une sorte de « fragment de tête », assemblé à partir de gènes étonnamment proches de ceux à l’œuvre dans notre propre développement.
