Implications choquantes du sperme sans queue des poissons électriques

Parier sur les spermatozoïdes sans queue qui ont évolué de courageux nageurs à de malheureux flotteurs semble être un pari évolutif fou, mais c'est exactement ce qu'un groupe de poissons semble avoir fait. Comprendre ce compromis promet de faire la lumière sur les maladies humaines et de bouleverser les leçons de biologie sur les rôles traditionnels de genre.

Jason Gallant et son équipe étudient un cours d'eau à la recherche de poissons électriques au Gabon. Crédit : Lauren Koenig

Jason Gallant, biologiste intégrateur à l'Université de Michigan State, et ses collègues utilisent près d'un million de dollars de la National Science Foundation pour comprendre les implications d'un petit poisson africain qui a évolué pour avoir un sperme sans queue mais un cri d'accouplement alimenté par l'électricité.

"Nous voulons savoir pourquoi les poissons électriques s'en sortent quand aucun autre vertébré ne le peut", a déclaré Gallant, professeur agrégé au Département de biologie intégrative du Collège des sciences naturelles de MSU et membre du programme d'écologie, d'évolution et de comportement de MSU. « Une notion générale en biologie est que les spermatozoïdes sont bon marché et les ovules sont chers – mais ces poissons nous disent peut-être que les spermatozoïdes sont plus chers que nous ne le pensons. Ils pourraient économiser de l’énergie en réduisant les queues de sperme.

Paramormyorps kingsleyae, un poisson africain faiblement électrique de la famille des Mormyridae, également connu sous le nom de poissons-éléphants, possède de nombreuses adaptations intéressantes, notamment un énorme cerveau, la capacité de percevoir et de produire des champs électriques et des spermatozoïdes sans flagelles. Crédit : Lauren Koenig

La variété de poissons appelée mormyroïdes est communément appelée poisson-éléphant car, même si elle est petite, sa bouche allongée ressemble un peu à une trompe. Ils vivent dans des eaux africaines troubles si denses qu’ils dépendent de brèves charges électriques pour se retrouver. Les impulsions de production électrique et la matière grise nécessaire pour analyser ces impulsions nécessitent beaucoup d’énergie. Les poissons-éléphants ont peut-être donné la priorité à la dépense de leurs réserves d'énergie pour trouver des femelles, puis à d'autres moyens d'acheminer le sperme vers l'ovule.

Et cette théorie soulève de nombreuses questions.

Les membres du MSU Electric Fish Lab travailleront pour confirmer le gène qui, selon eux, désactive le développement de la queue des spermatozoïdes. Une façon de tester cela consiste à isoler le gène et à l'insérer dans une autre espèce de poisson avec des spermatozoïdes traditionnellement ondulés pour voir si ces queues disparaissent. Les chercheurs ont également développé un moyen de mesurer la respiration afin de déterminer la quantité d'énergie économisée par les poissons en éliminant les queues de sperme.

Le sperme du poisson mormyride faiblement électrique Paramormyrops kingsleyae est la seule espèce vertébrée connue dépourvue de flagelle. Le panneau A montre une image au microscope optique d’un échantillon de sperme : les spermatozoïdes sont complètement immobiles. Le panneau B montre une image au microscope électronique à balayage d’un seul spermatozoïde de Paramormyrops kinglsyeae. Crédit : Jason Gallant

Et le groupe estime que les questions vont au-delà du sperme de poisson. Les flagelles sont abondants dans tout notre arbre de vie, y compris dans le sperme des humains. Les flagelles sont liés à un autre appendice battant appelé cils, qui sont des structures ressemblant à des cheveux plus courtes qui bougent également.

"Il est intéressant de constater que les cils font tourner le monde biologique : les flagelles ne sont en réalité que de très longs cils et bon nombre de parties identiques", a déclaré Gallant.

Et c’est là que les normes de santé humaine et de genre entrent en jeu.

Une maladie génétique humaine appelée dyskinésie ciliaire primaire (PCD) entraîne une infection respiratoire chronique, des organes anormalement positionnés, du liquide dans le cerveau et l'infertilité, tous résultant du manque de cils et de flagelles fonctionnant normalement. Le gène sur lequel l'équipe de Gallant se concentre semble être l'un des nombreux facteurs de la PCD, mais il note qu'il est intriguant : les mormyroïdes semblent en bonne santé et normales, à l'exception des spermatozoïdes sans queue. Une meilleure compréhension de la fonction du gène chez le poisson pourrait fournir une autre pièce du puzzle de la PCD pour comprendre les problèmes de santé humaine.