Les méduses et les anémones dorment comme les humains, selon une nouvelle étude

Une expérience sur des méduses et des anémones de mer révèle que leurs cycles de sommeil présentent des similitudes notables avec celui des humains. Ces observations remettent en question l’hypothèse populaire selon laquelle le sommeil a évolué uniquement chez les animaux à cerveaux complexes. Elles confortent plutôt l’hypothèse, étayée par des données expérimentales, selon laquelle ce comportement est apparu chez les premiers animaux à neurones afin de les protéger des dommages à l’ADN associés aux stress de l’éveil.

Le sommeil constitue un état comportemental conservé au cours de l’évolution chez de nombreux animaux, des cnidaires (méduses, anémones de mer, hydres, coraux, etc.) aux insectes et aux mammifères. Les biologistes estiment qu’il a commencé à évoluer chez les métazoaires basaux (de la branche des Cnidaires) du Cambrien, les premiers animaux à avoir développé des neurones.

Ce comportement expose cependant ces animaux à de nombreux risques, les rendant notamment plus vulnérables aux prédateurs pendant les heures de sommeil. On pense alors qu’il s’agit d’un comportement d’adaptation conférant des avantages évolutifs significatifs. Des études ont montré que le manque ou les troubles du sommeil sont associés à un risque accru de déclin de la santé chez les animaux bilatériens (avec des côtés gauche et droit bien définis), y compris les humains.

Le sommeil joue en effet des rôles clés dans de nombreux processus physiologiques tels que la réparation cellulaire et la plasticité synaptique. Des études suggèrent également une implication dans l’intégrité génomique. Lors d’expériences sur des souris et des mouches, le sommeil a réduit les dommages à l’ADN qui s’accumulent au niveau des neurones pendant l’éveil. Ces dommages sont provoqués par divers facteurs allant du stress oxydatif à l’exposition aux rayons UV.

Cependant, si le sommeil a été observé chez des organismes primitifs comme les méduses, son architecture précise ainsi que son rôle chez ces organismes demeurent incompris. Dans une étude publiée hier (6 janvier) dans la revue Nature Communications, des chercheurs de l’université Bar-Ilan, en Israël, ont effectué une analyse approfondie des mécanismes du sommeil chez les méduses et les anémones de mer.

« Compte tenu des risques pour la survie, les raisons de l’évolution du sommeil chez les lignées basales et les bénéfices essentiels qu’il apporte au réseau nerveux rudimentaire des invertébrés nocturnes et diurnes restent mal compris », écrivent-ils.

Des similitudes frappantes avec le cycle du sommeil humain

L’équipe a étudié les cycles du sommeil chez l’anémone étoilée (Nematostella vectensis) et la méduse à l’envers (Cassiopea andromeda), deux espèces communes vivant au fond des lagunes peu profondes et dotées de fins tentacules. Les chercheurs ont placé quelques spécimens dans des aquariums pour les exposer à un cycle de 12 heures de lumière et 12 heures d’obscurité pendant plusieurs jours. Ils ont observé la fréquence à laquelle les animaux montraient des signes d’activité en fonction de la luminosité.

L’équipe a constaté que les méduses étaient nettement moins actives la nuit (c’est-à-dire lors des 12 heures d’obscurité), leurs ombrelles remuant environ cinq fois moins que pendant la journée. Afin de confirmer si cette baisse d’activité était liée au sommeil, l’équipe a éclairé les méduses et mesuré leurs vitesses de réaction. À l’instar des humains qui somnolent, elles mettaient environ 20 secondes de plus à réagir la nuit, soit plus du double du temps de réaction observé chez les méduses éveillées pendant le jour.

Les anémones, quant à elles, suivaient un rythme inverse : elles étaient plus actives la nuit et ralentissaient leurs mouvements et leurs temps de réaction pendant la journée. D’autre part, les deux espèces sommeillaient pendant environ un tiers de la journée avec de courtes siestes vers midi pour les méduses, une similitude frappante avec certains aspects du cycle de sommeil humain.

En alternant périodiquement entre l’exposition à la lumière et à l’obscurité, les experts ont constaté que le cycle du sommeil chez les anémones était également régulé par une horloge circadienne. Les cycles de sommeil des méduses étaient en revanche plus dépendants des variations de luminosité : elles somnolaient dans l’obscurité et étaient plus actives à la lumière.

En outre, à l’instar des humains, les méduses et les anémones avaient besoin de repos après un sommeil perturbé. Lorsque les chercheurs ont agité l’eau de l’aquarium d’un groupe de méduses pendant six heures d’affilée la nuit, elles ont dormi 50 % plus longtemps que leurs congénères bien reposées le lendemain pour récupérer. L’exposition à la mélatonine (l’hormone du sommeil) avait aussi un effet soporifique sur les animaux à des moments de la journée où ils étaient habituellement actifs.

D’après Cheryl Van Buskirk, généticienne à l’université d’État de Californie à Northridge, qui n’a pas participé à la recherche, « cette étude porte un nouveau coup dur à l’idée que le sommeil a évolué pour gérer des cerveaux complexes et puissants ».

Une implication dans la réparation de l’ADN neuronal

Les résultats de l’étude concordent avec ceux de précédentes études indiquant que le sommeil est apparu très tôt dans l’évolution des animaux afin de réparer l’ADN neuronal. « Pendant l’éveil, les neurones sont très actifs et subissent une usure. Les cnidaires ont besoin de réduire leurs pulsations et leurs mouvements, et le sommeil leur permet de concentrer leur énergie sur la maintenance cellulaire », explique dans un article publié dans la revue Science , Lior Appelbaum, neuroscientifique moléculaire à l’université Bar-Ilan et co-auteur de l’étude.

L’équipe a en effet constaté que l’éveil et le manque de sommeil étaient associés à une augmentation des lésions de l’ADN neuronal, tandis que le sommeil spontané ou induit était lié à une réduction de ces lésions. Après exposition aux rayons UV pour endommager leur ADN, les méduses ont dormi plus longtemps que leurs congénères en bonne santé. Un comportement de récupération similaire s’est produit chez les anémones exposées à un médicament chimiothérapique provoquant des dommages à l’ADN.

« Le sommeil était important avant même l’apparition du cerveau, c’est pourquoi les premiers animaux ont dû développer ce comportement étrange il y a des millions d’années », conclut Appelbaum dans l’article de Science.

Source: Nature Communications