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« Nous avons présumé que les changements dans les hormones thyroïdiennes ont été importants pour le développement normal des saumoneaux, mais nous ne savions pas comment l’hormone est activée et ses rôles spécifiques », explique Lars Ebbesson. Les chercheurs d’Uni Research Environment ont maintenant trouvé des indices importants qui pourraient apporter une réponse.

Une nouvelle étude montre que la lumière — l’augmentation de la longueur du jour au printemps — affecte les processus de développement dans le cerveau du poisson pendant la smoltification. Dans une nouvelle étude qui vient d’être publiée dans Current Biology Ebbesson et ses collègues ont découvert que la lumière augmentait la production d’une enzyme spéciale, la déiodinase de type 2, activant l’hormone thyroïdienne dans le cerveau du smolt. Cette enzyme stimule le poisson pour qu’il se prépare avant de s’égarer dans l’eau salée.

Ils ont également constaté un changement important dans le paralogue de la déiodinase de type 2 dans les branchies. Les branchies sont importantes pour réguler l’équilibre du sel chez le poisson. Dans l’étude, ils ont constaté que ce paralogue de la déiodinase qui active l’hormone thyroïdienne dans les branchies n’augmente que lorsque le poisson atteint l’eau salée.

La présente étude peut expliquer pourquoi les travaux précédents sur les hormones thyroïdiennes et le développement des branchies chez les saumoneaux, qui se sont concentrés sur la transformation parr-smolt en eau douce, ont trouvé que les hormones thyroïdiennes avaient un rôle minime.

Les changements de contrôle

« Nos résultats augmentent notre compréhension de la régulation et de l’activation des hormones spécifiques aux organes. Cela nous permet de mieux comprendre comment les signaux environnementaux, tels que la lumière et le sel, contrôlent les changements physiologiques », déclare Ebbesson. Il est le chef du groupe de biologie intégrative des poissons à Uni Research Environment.

Le travail récent est une collaboration avec les chercheurs principaux Tom Ole Nilsen et Sigurd Handeland de son groupe, les professeurs David Hazlerigg de l’Université de Tromsø et Sam Martin de l’Université d’Aberdeen. Le groupe collabore également au projet FRIMEDBIO « The smolt brain model : Unraveling nature’s regulation of neural plasticity ». Ce projet de trois ans est financé par le Conseil norvégien de la recherche.

« Dans ce projet, nous explorons la façon dont l’environnement et la génétique régulent la plasticité neuronale à mi-vie, explique Ebbesson.

Nouveau regard

« Pris ensemble, ces résultats fournissent un nouveau regard sur les façons dont la smoltification est régulée et sur les façons dont l’environnement affecte cette transition spéciale de l’eau douce à l’eau salée », dit Ebbesson.

Ebbesson et ses collègues ont maintenant démarré un nouveau projet FRIMEDBIO de trois ans « Lumière & Sel — Paralogues de la déiodinase des hormones thyroïdiennes & l’évolution de la stratégie complexe d’histoire de vie chez les salmonidés » pour en savoir plus sur la relation entre la lumière, la régulation du sel et la transformation où le poisson devient smolt.

Entre autres choses, la biologie intégrative des poissons à Uni Research a précédemment découvert que le saumon peut être gêné par un léger stress chronique. Ils ont découvert que le stress chronique peut être un facteur contribuant à empêcher les saumons de retrouver le chemin de leurs rivières.

C’est vrai parce que l’environnement affecte la capacité des poissons à apprendre. Si l’environnement est mauvais pendant une période prolongée, leur capacité d’apprentissage diminue. Les chercheurs ont démontré que les poissons exposés à une mauvaise qualité de l’eau avaient un risque plus élevé de développer un stress chronique léger et des réponses neuronales altérées lorsqu’ils sont mis au défi. La robustesse mentale et physiologique du poisson fournit des informations importantes sur la manière dont il relèvera les défis à l’avenir. C’est un nouvel exemple de la manière dont Ebbesson et ses collègues utilisent la neurobiologie intégrative pour aider à clarifier certains des mystères de la biologie.

Voulant trouver plus de réponses

Le groupe de recherche doit maintenant s’efforcer de devenir un centre d’excellence en neurobiologie intégrée des poissons. L’objectif est de créer un environnement qui sera un pilier important pour les chercheurs en biologie et en évolution des poissons, tant au niveau national qu’international.

« Le cerveau est le régulateur central de la plupart des processus biologiques, et pourtant seuls quelques groupes de recherche épars étudient le fonctionnement du cerveau des poissons en Norvège. Dans un pays où le poisson joue un rôle aussi important dans la société, un centre capable de donner un nouvel éclairage à d’importantes questions fondamentales sur le fonctionnement du cerveau aura également un impact sur la façon dont nous gérons les populations de poissons sauvages et améliorons les pratiques aquacoles », déclare Ebbesson.

Le centre permettra aux chercheurs d’examiner de plus près la régulation et les fonctions spécifiques du cerveau des poissons. Grâce aux recherches menées ici, ils pourront parvenir à des réponses importantes pour aider à la fois ceux qui travaillent avec les poissons et ceux qui travaillent avec les gens. Ils pourront également y développer et centraliser les ressources technologiques et les bases de données neuroanatomiques. Le travail pour développer cela est déjà en cours.

« Nous ne croyons pas nécessairement que les poissons et les humains sont les mêmes, mais les mécanismes dans le cerveau se produisent d’une manière similaire pour les poissons et pour les humains. En comprenant mieux ce qui se passe dans le cerveau du poisson, nous pouvons également mieux comprendre le cerveau humain », explique Ebbesson.

Le cerveau du smolt

Ebbesson souligne également que les connaissances sur le fonctionnement du cerveau des poissons seront importantes pour l’industrie aquacole. Elles permettront notamment de prédire et de réguler la façon dont les poissons seront affectés par les changements environnementaux.

Le groupe de recherche de Bergen est unique car ses travaux sont très interdisciplinaires. Le nouveau centre offrira aux chercheurs des connaissances et des outils totalement nouveaux.

Approche interdisciplinaire

Le centre d’excellence sur la neurobiologie intégrée des poissons (SIFN) sera dirigé par Ebbesson. Il est affilié à l’Université de Bergen depuis qu’il s’y est installé comme post-doc en 2000. En 2006, il a été embauché à Uni Research, et en 2009, il a lancé le groupe de recherche Integrative Fish Biology et le Fish Neuroscience Network à Bergen.

Ce dernier a ensuite évolué en NORDFORSK Behavioural Fish Neuroscience Network (BeFiNe), qui fait désormais partie du projet COPEWELL de l’UE. À l’automne 2015, le groupe de recherche cherchera à devenir un centre d’excellence.

Le centre étudiera les mécanismes évolutifs et environnementaux qui contrôlent le développement et les changements fonctionnels du cerveau du poisson. Il s’agit d’une initiative conjointe avec les universités de Bergen, Tromsø et Oslo, en coopération avec l’Institut norvégien de recherche marine, le Centre international Sars de biologie moléculaire marine et des experts internationaux du Japon, des États-Unis et de l’Europe.

« Leader mondial »

« Le centre ici à Bergen deviendra leader mondial », déclare Ebbesson.

La clé du succès réside dans le fait que le centre combinera l’expertise de divers domaines dans les neurosciences, la neuroanatomie fonctionnelle, le comportement, la biologie moléculaire, la bio-informatique, l’écologie et la physiologie des poissons.

« Ce type d’approche intégrative est important pour résoudre les défis avec la régulation des transitions du cycle de vie, la motivation comportementale et la modulation environnementale et génétique de l’adaptation. À l’heure actuelle, peu de chercheurs dans le monde sont capables d’avoir ce type d’approche intégrative », explique Ebbesson.

La recherche sur les poissons et les animaux de mer est une activité très importante.