Chez le cœlacanthe adulte, le cerveau ne remplit qu’environ 4 % de la boîte crânienne

Imaginez une noix qui flotte dans une boîte presque vide. Chez le cœlacanthe adulte, ce poisson des grands fonds qu’on croyait disparu avec les dinosaures, c’est à peu près ce que donnerait une coupe de son crâne : le cerveau n’en remplit qu’environ 4 %. Le reste, c’est du vide rempli de liquide. Une équipe de Harvard vient de montrer que ce n’est pas une bizarrerie isolée, mais un trait répandu chez les poissons, et que nos propres têtes, où le cerveau épouse l’os au millimètre, sont en réalité l’exception du monde animal.

Le chiffre compte parce qu’il fait tomber une habitude de pensée. On se figure le cerveau comme un noyau bien calé dans son crâne, à l’image du nôtre. Chez la plupart des poissons à nageoires rayonnées, ce groupe qui rassemble le saumon, le thon, la truite ou le poisson rouge, la réalité est bien plus lâche, et personne n’avait pris la mesure de cette diversité avant ce travail. Pour situer l’enjeu : sur deux vertébrés vivants, un est un poisson, et 95 % de ces poissons appartiennent à ce groupe. Autant dire qu’on ignorait presque tout du cerveau de la moitié des animaux à colonne vertébrale de la planète.

87 crânes passés au scanner

Pour le savoir, le chercheur Rodrigo Figueroa et ses collègues ont placé 87 espèces de poissons à nageoires rayonnées, issues de plus de 70 familles, sous un scanner à rayons X capable de reconstruire l’intérieur du crâne en trois dimensions. L’idée était de comparer le volume réel du cerveau à celui de l’empreinte interne du crâne, ce que les spécialistes appellent l’endocrâne, c’est-à-dire le moule de la cavité osseuse. Chez la plupart des vertébrés, reptiles et mammifères en tête, les deux se confondent presque : remplissez l’espace vide d’un crâne de mammifère et vous obtenez une copie fidèle du cerveau. C’est ce rapport que l’équipe a mis en chiffre : une simple proportion entre le volume du cerveau et celui de la boîte qui l’abrite.

Chez les poissons étudiés, l’écart explose. La plupart des espèces tournent autour de 40 à 50 % de la cavité occupée par le cerveau, mais certaines tombent sous 5 %. « Il y a de petits cerveaux, de gros cerveaux, des cerveaux lisses, des cerveaux alambiqués ; la diversité est tout simplement stupéfiante », résume Stephanie Pierce, professeure à Harvard et coautrice de l’étude parue dans la revue Proceedings of the Royal Society B. Les rendus en trois dimensions donnent à voir cette variété : des cerveaux lisses comme des galets à côté d’autres tout en circonvolutions, certains bien centrés, d’autres tassés dans un coin.

Ce travail est né presque par accident. Le chercheur planchait sur le cerveau fossilisé d’un poisson vieux de 300 millions d’années lorsqu’il a réalisé qu’on ne disposait quasiment d’aucune description des cerveaux de poissons vivants, en dehors de quelques espèces modèles comme le poisson zèbre. Pour comprendre son fossile, il lui a fallu cinq ans à scanner du poisson contemporain, en s’appuyant largement sur les collections de muséums, ces réserves où dorment des spécimens parfois centenaires. C’est tout l’intérêt de ces collections, en France comme ailleurs : un bocal oublié depuis un siècle peut soudain livrer une donnée précieuse.

Un cerveau qui rétrécit en grandissant

Le plus déroutant, c’est que le rapport change au cours de la vie. Chez l’amie d’eau douce, un poisson nord-américain aussi appelé bowfin, le cerveau occupe presque tout le crâne du jeune avant de retomber à 20 ou 30 % chez l’adulte. Et le cœlacanthe pousse la logique à l’extrême : quasiment plein chez le juvénile, son cerveau ne représente plus qu’environ 4 % du volume disponible une fois l’animal adulte. La même tendance existe chez l’humain et les oiseaux, mais de façon discrète ; chez certaines lignées de poissons, elle devient spectaculaire. L’espace libéré n’est pas perdu. Il se remplit de liquide céphalo-rachidien, de vaisseaux sanguins, et parfois d’organes spécialisés qui gèrent la production de sang ou la défense immunitaire, comme le font chez nous la rate ou la moelle osseuse. Le tissu qui entoure le cerveau joue, lui, le rôle d’un pare-chocs, le protégeant des coups et des variations de pression.

Cette générosité d’espace n’arrive pas au hasard. L’analyse statistique relie la taille relative du cerveau à la profondeur de vie : les poissons des abysses tendent vers des cerveaux plus petits par rapport à leur crâne, là où la pression et l’obscurité changent les règles. L’hypothèse avancée est mécanique : un petit cerveau bien amorti dans une grande tête résiste mieux aux chocs et aux écarts de pression que subit un animal des grands fonds. Et l’effet dépasse la simple curiosité d’aquarium. Pendant des décennies, les paléontologues ont lu la forme d’un cerveau fossile directement dans l’empreinte du crâne. Pour la plupart des animaux, l’approximation tient. Pour les poissons, l’étude montre que les deux peuvent évoluer sur des trajectoires indépendantes : se fier à l’endocrâne reviendrait à se tromper de cerveau, et donc à mal reconstituer une histoire évolutive.

Il y a aussi, en creux, une leçon sur nous-mêmes. La recherche en neurosciences se concentre souvent sur le câblage interne de quelques espèces de laboratoire, comme si elles donnaient une image fidèle du vivant. Or ces poissons rappellent que les cerveaux très standardisés des mammifères et des oiseaux, le nôtre compris, sont l’exception et non la règle. La question que pose l’équipe reste ouverte : est-ce cette souplesse des formes de cerveau qui a permis aux poissons de coloniser tous les milieux, des fosses océaniques aux torrents de l’Himalaya, ou la conquête de ces milieux qui a, en retour, modelé des cerveaux aussi variés ?

Reste un vertige de proportion. Les poissons à nageoires rayonnées comptent environ 35 000 espèces. L’équipe en a scanné 87, soit une goutte d’eau, et présente son travail comme un premier coup de sonde plutôt qu’un point final. « Peut-être dix de mes vies, et tous mes futurs étudiants », plaisante le chercheur face à ce qui reste à explorer. De quoi reconsidérer, à chaque coup de filet ou devant un étal de poissonnier, ce qui se cache vraiment sous l’os.

En bref

Pourquoi le cerveau du cœlacanthe est-il si petit dans son crâne ?
Chez l’adulte, le cerveau ne remplit qu’environ 4 % de la cavité. L’espace restant est occupé par du liquide et des vaisseaux qui forment une sorte de pare-chocs protecteur. Ce serait lié, entre autres, à la vie en profondeur.

Cela veut-il dire que ces poissons sont moins intelligents ?
Non. La taille du cerveau par rapport au crâne ne mesure pas l’intelligence. L’étude compare le volume du cerveau à l’espace osseux disponible, pas les capacités cognitives.

Combien d’espèces ont été étudiées ?
87 espèces de poissons à nageoires rayonnées, issues de plus de 70 familles, passées au scanner 3D. C’est un échantillon minuscule face aux quelque 35 000 espèces du groupe.

En quoi cela concerne-t-il les fossiles ?
Les paléontologues déduisaient souvent la forme du cerveau d’un animal disparu à partir de l’empreinte de son crâne. Chez les poissons, cette déduction peut être trompeuse, car cerveau et cavité évoluent indépendamment.

Article créé en collaboration avec l’IA.