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Les crustacés Decapoda

© Andrew SimpsonLes Decapoda sont l'ordre des crustacés invertébrés, qui comprend notamment les écrevisses, les crabes, les homards et les crevettes. Ce sont des modèles utiles et appropriés pour de nombreux domaines de la recherche biologique. Ces crustacés comestibles à forte valeur commerciale sont également essentiels aux économies de nombreuses régions.

Les décapodes et l'économie

La production mondiale de mollusques et de crustacés se chiffre à plus de 300 milliards de dollars américains par an. La conchyliculture est d'ailleurs le secteur qui connaît la plus forte croissance au monde dans l'industrie de l'aquaculture. Les crustacés décapodes représentent un tiers de cette production. À elle seule, la production de homards atteint 30 millions de livres sterling pas an ; les crabes et crevettes nordiques sont également un marché important.

Le contrôle des maladies infectieuses est un des principaux problèmes de l'aquaculture des crustacés et des mollusques. Ce problème est aggravé par le fait que les décapodes, tout comme d'autres invertébrés, ne possèdent pas de systèmes immunitaires complexes. Il n'est donc pas possible d'avoir recours à des vaccins « antigène-anticorps » traditionnels, utilisés pour les êtres humains et d'autres mammifères. En effet, leurs systèmes s'appuient sur des réponses plus simples de type inflammatoire sans élément de « mémoire immunitaire », élément qui faciliterait la protection prolongée par des vaccins spécifiques.

À l'heure actuelle, il n'existe aucune méthode alternative efficace aux expériences sur des animaux vivants et permettant de trouver des solutions à ce problème: il n'y a aucune lignée cellulaire « standard » disponible pour les travaux in vitro de remplacement, ni aucune méthode alternative adaptée et éthiquement acceptable sur des 'modèles non réglementés'.

En quoi les décapodes sont-ils différents des mammifères?

Les invertébrés sont les animaux dépourvus de colonne vertébrale et comprennent notamment de nombreux d'embranchements : ceux avec un corps similaire à celui des vers et ceux couverts d'une matière solide. La plupart des invertébrés sont des protostomes alors que tous les vertébrés, notamment l'homme, sont des deutérostomes. Ces deux divisions du règne animal sont définies par leurs différences dans les premiers stades du développement embryonnaire, ce qui indique qu'elles se sont séparées au tout début de l'évolution. Leur physiologie est totalement différente ; il est donc difficile d'établir des comparaisons directes entre leurs systèmes nerveux et leurs organes sensoriels.

Leurs systèmes nerveux de petite taille peuvent être comparés à ceux des poissons, dont le cerveau est le plus petit parmi les espèces de vertébrés. On suppose que la plupart des vertébrés ont une forme de conscience, ce qui demeure incertain pour les poissons et les invertébrés.

Les arthropodes représentent la division la plus diversifiée du règne animal avec notamment les insectes, les crustacés et les arachnides. Les propositions de loi destinées à protéger les crustacés décapodes plus complexes se basent sur l'éventualité qu'ils soient en mesure de ressentir la douleur et la souffrance.

Les systèmes nerveux des décapodes

Les crabes et les homards possèdent environ 100 000 neurones, alors que les êtres humains et autres mammifères en ont environ 100 milliards. Bien que cela leur permettre de réagir à des stimuli menaçants, il n'existe actuellement aucune preuve qu'ils ressentent la douleur. Leurs nerfs ont une forme plus primitive, car ils  sont dépourvus de la gaine de myéline qui permet une vitesse de conduction rapide des signaux (chez l'homme, les signaux de la douleur sont transmis uniquement par des fibres nerveuses 'rapides'). Les nerfs des décapodes ont donc une vitesse de conduction des signaux de la douleur d'environ 1 ms-1, alors qu'elle est de 100 ms-1 chez les mammifères.

De nombreuses preuves semblent indiquer que les décapodes n'éprouvent pas de sensations de la même manière que l'homme. Ils ont un faible nombre de neurones; ils sont donc peut-être incapables de ressentir quoi que ce soit. En outre, l'organisation de leur système nerveux est très différente de celle des vertébrés : au lieu d'avoir une moelle épinière et un cerveau qui intègrent les informations provenant du système sensoriel, les homards disposent de plusieurs discrètes paires d'amas de corps cellulaires nerveux qui sont fusionnées à un cordon nerveux qui court le long du corps. Le plus important de ces ganglions contrôle les parties buccales. Chez les crabes, qui ont des corps courts, les ganglions thoraciques sont fusionnés en une masse unique et les ganglions abdominaux sont moins nombreux.

Les décapodes ressentent-ils la douleur?

Cette question est souvent débattue par les décideurs politiques, responsables de la réglementation de l'industrie agroalimentaire et de la science. Il est important que les animaux soient tués de façon humaine et qu'ils ne souffrent pas. Mais les différences qui existent entre les systèmes nerveux des décapodes et de l'homme rendent difficile la réponse à cette question.

Cette problématique a fait l'objet de recherches récentes. Par exemple, une étude montre que des crabes exposés à un stimulus électrique réagissent et s'en éloignentANCHOR. Cependant, les observations chez les êtres humains souffrant de lésion de la moelle épinière et les expériences sur les animaux montrent qu'il est impossible de conclure qu'un vertébré peut 'ressentir' quelque chose, et ce, uniquement en constatant qu'il réagit par un mouvement à un stimulus.

Les invertébrés se servent des opioïdes comme transmetteurs chimiques. Cet élément a également été mentionné et pourrait indiquer qu'ils sont capables de ressentir la douleur. Chez les mammifères, les opioïdes font partie de la voie nociceptive. Ces opioïdes sont libérés en réaction aux signaux de douleurs et acheminés à  la moelle épinière par les nerfs périphériques. Les neurotransmetteurs opioïdes gèrent l'action des fonctions cérébrales supérieures sur la douleur, garantissant ainsi que l'intensité de la douleur correspond à la situation. La morphine, un analgésique, agit sur ce système pour soulager la douleur et ses effets sont annulés par la naxolone, un antagoniste des opiacés.

Les crabes montrent une agressivité lorsqu'exposés à des décharges électriquesANCHORou lors d'un coup sur la carapace entre les pédoncules oculairesANCHOR. Ces deux expériences ont montré que le comportement pouvait être supprimé par l'administration de morphine et rétabli par l'injection de naloxone. Il est difficile de savoir si cela signifie que le stimulus est douloureux. Il est néanmoins probable que cette réaction soit une simple réponse à une menace perçue dans l'environnement et non le signe d'une douleur.

Les substances neurochimiques ont généralement des rôles très différents chez les vertébrés et chez les invertébrés. La présence de ces substances ne signifie d'ailleurs pas nécessairement qui il y ait perception de la douleur. En effet, les invertébrés ne possèdent pas de centres cérébraux supérieurs qui, chez les mammifères, permettent de soulager la douleur. Les opioïdes sont en effet présents chez un grand nombre d'espèces du règne animal, notamment les insectes, les crustacés et les mammifères. Les opioïdes répondent donc de façon régulée aux informations sensorielles depuis le début de l'évolution. Pourtant, les animaux utilisant des neurotransmetteurs opioïdes ne sont pas tous en mesure de ressentir la douleur.

Nous ne devrions pas perdre de vue que les plantes peuvent ressentir et réagir à des stimuli inoffensifs et nocifs.  Elles peuvent également communiquer avec des membres de leur propre espèce, ainsi qu'avec d'autres plantes d'autres espèces, qui se situent parfois à des kilomètres. Cela ne constitue cependant pas une preuve qu'elles aient une conscience ni la capacité à ressentir des sensations. Il serait exagéré d'appliquer les 'sentiments' des êtres humains aux invertébrés alors que les deux systèmes nerveux sont extrêmement différents et que la douleur est une notion subjective. Un exemple démontre que notre compréhension intuitive de la douleur ne s'applique pas forcément. En effet, l'industrie agroalimentaire tue des crabes et des homards en les faisant bouillir vivants. Les nerfs du crabe des mers britanniques (entre 8 et 14 °C) sont endommagés de façon irréversible au-dessus de 25 °C, une température atteinte très rapidement dans l'eau bouillante. Cette méthode utilisée pour les tuer est donc très rapide et humaine. En revanche, les congeler, ce qui pour de nombreuses personnes pourrait intuitivement sembler préférable, est en réalité un processus lent et qui prolonge leur mort.

Un rapport du Norwegian Committee for Science and Food Safety (Comité scientifique norvégien pour la sécurité des aliments)ANCHORa examiné la conscience et la douleur chez les invertébrés. Ce rapport concluait que les connaissances concernant la capacité des crustacés à ressentir les sensations étaient limitées et que leurs systèmes nerveux et sensoriel étaient vraisemblablement moins développés que ceux des insectes. Les homards et les crabes ont une certaine capacité d'apprentissage. Toutefois, il est peu probable qu'ils soient capables de ressentir la douleur.

La recherche biomédicale

Les progrès de la recherche dépendent des avancées scientifiques et biotechnologiques des recherches fondamentales notamment sur la physiologie, l'immunologie, la pathologie, la reproduction, l'endocrinologie et la neurobiologie des décapodes. Dans une plus ou moins grande mesure, toutes ces connaissances permettent à l'expérimentation animale de comprendre les processus biologiques fondamentaux, de développer des produits vétérinaires et de mettre au point de nouveaux biomédicaments. Des exemples de résultats importants obtenus à partir de ces animaux sont donnés ci-dessous.

La neurologie

La première démonstration claire des synapses électriques, par opposition aux synapses chimiques, dans la transmission de l'influx nerveux a été réalisée chez l'écrevisse. Ces travaux ont montré que les synapses ne dépendent pas uniquement de la transmission de l'influx par les neurotransmetteurs, mais peuvent passer la jonction simplement par une charge électrique. Cette première découverte a réellement modifié et élargi nos connaissances de la fonction cérébrale chez l'homme. De nos jours, ce travail capital a toujours des répercussions majeures dans la lutte contre les maladies humaines graves, telles que les maladies d'Alzheimer et de Hodgkin, ainsi que les accidents vasculaires cérébraux et autres affections provoquant une paralysie.

L'existence de l'important neurotransmetteur GABA a également été démontrée pour la première fois chez l'écrevisse. Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central (SNC). Chez l'homme, entre 60 et 75 % de toutes les synapses du SNC répondent au neurotransmetteur GABA. Il est beaucoup moins dominant chez l'écrevisse, car ces invertébrés sont bien moins complexes sur le plan neurologique. Pendant l'évolution néanmoins, son rôle chez les mammifères supérieurs s'est diversifié et on sait maintenant que le GABA, entre autres activités, régule l'humeur, la mémoire et la douleur. Ce neurotransmetteur constitue la cible d'un grand nombre d'antidouleurs et d'anesthésiques utilisés en médecine clinique. Les connaissances relatives au rôle clé de ce composé ont eu un impact positif considérable sur le bien-être de l'homme.

Utilisées également en tant que modèles expérimentaux, les écrevisses ont également permis de découvrir les neurones de commande du comportement. Ce sont des neurones importants qui, individuellement, peuvent induire des schémas comportementaux relativement complexes. Ces connaissances ont radicalement changé notre compréhension du comportement humain par rapport à la dépendance et à certains types de drogues.

Plus récemment, dans les années 1990, les travaux neurobiologiques sur les décapodes ont révélé que le niveau de sérotonine (un autre neurotransmetteur extrêmement important chez l'homme) varie en fonction de la dominance ou du statut social. Cette découverte a permis de reconnaître que tous les êtres vivants, même les animaux supérieurs, notamment les êtres humains, ne réagissent pas de la même manière à certains médicaments ou traitements, mais réagissent plutôt en fonction de l'état chimique de leur cerveau (humeur, confiance en soi, rang social et bien-être). Elle a révolutionné les approches pour les traitements de certaines affections, en particulier chez les personnes âgées, dépressives ou jeunes.

Les études de la régénération des membres et des neurones sur les décapodes (écrevisses et homards), en tant que modèles expérimentaux, continuent de nous apporter des informations sur les processus biologiques fondamentaux. Ces processus sont pertinents (et ont une possible application biotechnologique) pour le rétablissement de patients après un trauma ou un accident vasculaire cérébral ou pour gérer des maladies humaines, notamment Alzheimer et d'autres démences.

La biochimie

Le travail capital sur l'immunité des décapodes comprend notamment la découverte d'une cascade enzymatique de reconnaissance et de régulation chez les décapodes. Cette cascade fait le lien avec le complément d'organismes plus avancés et les systèmes de coagulation d'organismes plus simples. Ce travail a été le premier à mettre en lumière les événements biochimiques qui constituent les voies inflammatoires chez les arthropodes. Il a ouvert la voie aux travaux sur les insectes qui ont permis à la génétique d'être utilisée pour déchiffrer les voies complexes et systèmes de signalisation des mouches du vinaigre (apparentées aux décapodes). Il constitue la base pour l'analyse des stratégies de contrôle de la maladie en aquaculture.

De nouvelles familles de protéines naturelles, ayant une activité antimicrobienne inductible, ont été découvertes à partir des décapodes, protéines dont la plupart sont halotolérantes et agissent contre certains agents pathogènes humains importants et même certains virus. La plupart des antibiotiques existants sont inactivés par le sel (par ex. dans la sueur). Ces protéines naturelles issues d'animaux marins représentent donc un potentiel d'exploitation en tant qu'antiseptiques topiques (surface cutanée).

L'implantation de certains gènes dans des crustacés vivants a récemment été réalisée avec succès. Cette technique nous permet aujourd'hui de trouver des moyens d'améliorer les caractères, notamment la résistance à la maladie, la couleur, le goût, le taux de croissance et la taille chez les crustacés et mollusques décapodes élevés en aquaculture. Elle pourrait également être utilisée pour empêcher les animaux de fabriquer des allergènes auxquels un grand nombre de gens sont sensibles. En effet, la présence de traces de muscles de décapodes dans des aliments préparés ou servis dans des restaurants met des vies en danger.

Les recherches ont montré qu'un grand nombre de composés vendus aux producteurs de crustacés et de mollusques en tant qu' 'immunostimulants' ne présente aucun avantage réel pour survivre suite à l'infection. Ils représentent vraisemblablement un gaspillage d'argent et, utilisés régulièrement, ils provoquent une 'fatigue immunitaire' qui a des conséquences négatives sur le bien-être des populations de crustacés et de mollusques.

Conservation et environnement

Les expériences liées aux agents pathogènes sur les écrevisses ont démontré que certains commensaux microbiens bénins de décapodes exotiques, introduits à des fins d'aquaculture, quittent l'hôte pour des espèces indigènes qui n'ont aucune résistance naturelle à ces bactéries. Les conséquences sur les populations indigènes d'écrevisses sont dévastatrices. L'éradication quasi complète de l'écrevisse du Royaume-Uni par un agent pathogène fongique transporté dans les voies d'eau britanniques par l'écrevisse signal, importée dans les années 1980, illustre parfaitement ce phénomène. Les écrevisses indigènes maintenaient les voies d'eau propres. Mais, la réduction massive de ces populations a submergé d'algues ces voies d'eau jusqu'à l’anoxie. Ceci a provoqué un effet « boule de neige » néfaste qui a touché les petits poissons qui peuplent les voies d'eau et les oiseaux des milieux humides qui se nourrissent de ces poissons.

May 2009


Références

  1. Elwood, RW and Appel, M, (2009), Pain experience in hermit crabs? Animal Behaviour, doi:10.1016/j.anbehav.2009.01.028
  2. Lozada, M, et al. (1988) Effect of morphine and naloxone on a defensive response of the crab, Physiology and Behavior 43: 317-320
  3. Bergamo P, Maldonado H, Miralto A. (1992) Opiate effect on the threat display in the crab Carcinus mediterraneus. Pharmacology, biochemistry, and behavior.  Jun;42(2):323-6.
  4. Somme, LS (2005) Sentience and pain in invertebates, Report to Norwegian Scientific Committee for Food Safety.

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