Ces animaux d’un millimètre survivent au vide spatial et au gel extrême : les scientifiques ont enfin trouvé leur interrupteur secret

Minuscules mais redoutables, ces créatures capables d’affronter l’espace et un froid extrême intriguent les chercheurs, qui viennent de lever un voile majeur aux États-Unis.

Une étude publiée en janvier 2024 dans la revue scientifique PLOS ONE, relayée par le magazine américain Scientific American, décrypte enfin le mécanisme intime qui permet aux tardigrades, aussi appelés « ours d’eau », de se mettre en pause quasi totale pour survivre aux pires conditions imaginables.

Des « ours d’eau » presque immortels

Découverts au XVIIIe siècle, ces animaux d’un millimètre à peine fascinent par leur allure de mini-oursons ridés et par leur incroyable résistance. Le zoologiste allemand J.A.E. Goeze les avait surnommés « petits ours d’eau » en 1773. Trois ans plus tard, le biologiste italien Lazzaro Spallanzani forgeait leur nom scientifique, « tardigrades », soit « au pas lent ».

Depuis, ces micro-animaux ont gagné d’autres surnoms, comme « porcelets de mousse », en raison de leur corps trapu et de leur démarche nonchalante. Derrière cet aspect inoffensif se cache pourtant l’un des champions de la survie sur Terre.

Les tardigrades vivent sur notre planète depuis au moins 600 millions d’années. Ils ont traversé les cinq grandes extinctions de masse. Les expériences menées ces dernières décennies montrent qu’ils supportent :

• le vide spatial et des doses de rayonnements létales pour la plupart des organismes ;
• les températures proches du zéro absolu ;
• la chaleur et la pression autour des sources hydrothermales au fond des océans ;
• des chocs violents, y compris des tirs à près de 3 200 km/h.

Un journaliste de Smithsonian magazine écrivait en 2017 qu’« il faudra probablement la mort de notre Soleil pour mettre fin au long voyage des tardigrades ». L’image résume bien leur réputation de quasi-immortels.

Un interrupteur moléculaire pour entrer en hibernation extrême

Pour expliquer cette endurance hors norme, les scientifiques savaient déjà que les tardigrades disposent d’un mode spécial, appelé état de « tun ». Lorsqu’ils affrontent une situation critique — sécheresse, manque de nourriture, toxicité du milieu — ils se recroquevillent en boule, rétractent leurs pattes et se dessèchent presque entièrement.

Dans l’état de tun, le métabolisme des tardigrades chute à des niveaux infimes, comme si la vie était mise entre parenthèses pendant des années, voire des décennies.

Ce qui restait mystérieux, c’était le déclencheur de ce basculement : comment l’animal décide-t-il de passer en mode survie totale, et par quel signal interne ?

Une équipe de chercheurs américains, dont les chimistes Derrick Kolling (Marshall University) et Leslie Hicks (Université de Caroline du Nord à Chapel Hill), s’est attaquée à cette question. Kolling, cité par le média scientifique Science News, insiste sur la nuance : pour lui, les tardigrades « ne sont pas des extrêmophiles, mais des extrêmo-tolérants ». Autrement dit, ils ne recherchent pas les conditions extrêmes, ils les supportent.

Stress, radicaux libres… puis un signal décisif

Les scientifiques ont d’abord placé des tardigrades dans des environnements hostiles : exposition à du peroxyde d’hydrogène (un oxydant puissant), excès de sucre, surplus de sel, ou encore températures d’environ –80 °C. Dans tous les cas, ces stress ont provoqué la production de radicaux libres, ces atomes d’oxygène très réactifs, déjà bien connus en biologie humaine.

Les radicaux libres possèdent un électron non apparié et cherchent à combler ce « vide » en attaquant d’autres molécules, comme des protéines ou l’ADN. Chez l’être humain, ils sont associés au vieillissement et à de nombreuses maladies liées à l’âge.

Chez les tardigrades, l’équipe a observé que ces radicaux libres ciblaient particulièrement un acide aminé : la cystéine. Cet élément sert à construire des protéines et peut subir une réaction dite d’oxydation.

Lorsque les chercheurs ont empêché les radicaux libres d’oxyder la cystéine, les tardigrades n’arrivaient plus à entrer dans l’état de tun, même en situation de stress sévère.

Pour Leslie Hicks, interrogée par le média scientifique New Scientist, la cystéine « agit comme un capteur régulateur ». En s’oxydant, elle fournirait à l’animal un signal précis sur son environnement, ce qui l’aide à enclencher la bonne réponse de survie.

Un mécanisme-clé qui ne sert pas qu’à l’hibernation

L’étude ne se limite pas à l’hibernation profonde. Les chercheurs ont aussi testé les capacités des tardigrades à survivre à la congélation. Dans ce cas, les animaux n’entrent pas forcément dans l’état de tun, mais restent tout de même capables de supporter un froid extrême.

Or, là encore, lorsque les scientifiques ont bloqué l’oxydation de la cystéine par les radicaux libres, les tardigrades n’ont pas résisté au gel. Ce résultat laisse penser que la cystéine joue un rôle plus large dans l’arsenal de défense de ces micro-animaux, au-delà du seul état de tun.

L’oxydation de la cystéine apparaît comme un véritable « interrupteur secret » des stratégies de survie des tardigrades, que ce soit face à la déshydratation, au froid intense ou à d’autres agressions.

Cette découverte ouvre, selon Leslie Hicks qui s’est confiée à Scientific American, « tout un vaste répertoire d’expériences » à venir. Les chercheurs veulent maintenant comprendre comment ce signal se traduit en modifications concrètes dans les cellules : changement de forme des protéines, activation ou arrêt de certains gènes, réorganisation de la membrane cellulaire, etc.

Que se passe-t-il quand la vie repart ?

Un autre mystère demeure entier : la sortie de cet état limite. Quand un tardigrade quitte le mode tun, il semble revenir à la vie alors qu’il paraissait totalement inerte.

Le physiologiste comparatif Hans Ramløv, de l’université de Roskilde au Danemark, qui n’a pas participé à l’étude, souligne auprès de Science News que ce travail « n’explique évidemment pas comment on peut arrêter le métabolisme et mourir, puis redémarrer le métabolisme et vivre ». La mise en pause est mieux comprise ; le redémarrage reste à éclaircir.

Pour les scientifiques, ce va-et-vient extrême entre une forme de « quasi-mort » et une reprise d’activité normale représente un terrain d’étude unique, avec des implications potentielles pour plusieurs domaines.

Vieillissement, médecine, voyages spatiaux : pourquoi cette étude nous concerne aussi

Les radicaux libres étant associés au vieillissement cellulaire, décoder la façon dont les tardigrades les utilisent comme un signal, plutôt que comme une simple source de dégâts, pourrait inspirer de nouvelles pistes de recherche sur l’âge et la longévité.

Les auteurs évoquent également des applications possibles dans :

• le stockage à long terme de cellules ou de tissus pour la médecine ;
• la protection d’organismes lors de voyages spatiaux prolongés ;
• la compréhension fine de la « cryptobiose », cet état où la vie devient presque indétectable.

Un jour, des technologies inspirées des tardigrades pourraient par exemple aider à mieux conserver certains vaccins sans chaîne du froid, ou à protéger des échantillons biologiques pendant des missions spatiales lointaines. Ces perspectives restent encore lointaines, mais la nouvelle étude fournit un premier levier moléculaire concret.

Ce que cela évoque pour la recherche en France

En France, plusieurs équipes travaillent sur la résistance extrême d’organismes microscopiques, qu’il s’agisse de bactéries, de champignons ou d’invertébrés proches des tardigrades par leurs capacités de survie. Les enjeux sont comparables à ceux mis en avant par l’étude publiée dans PLOS ONE : comprendre comment certaines espèces encaissent le froid, la sécheresse ou les radiations afin d’en tirer des applications.

Les laboratoires français spécialisés en biologie moléculaire et en exobiologie s’intéressent par exemple :

• aux mécanismes de protection de l’ADN face aux radiations cosmiques ;
• aux états de dormance extrême, qui rappellent la cryptobiose des tardigrades ;
• aux conséquences de l’oxydation sur les cellules, notamment pour le vieillissement.

Pour le lecteur français, cette étude américaine fournit un cas d’école : elle illustre comment une espèce très particulière peut servir de modèle pour des questions plus larges qui concernent aussi la recherche en France. Les agences nationales, comme le Centre national d’études spatiales (CNES), s’intéressent à ces travaux, car la survie d’organismes en orbite ou lors de missions au long cours pose des questions similaires.

Cryptobiose, radicaux libres, cystéine : quelques repères utiles

Le terme de cryptobiose désigne un état où l’activité biologique devient si faible qu’elle est presque indétectable. L’animal n’est pas mort, mais sa vie semble figée. Chez les tardigrades, l’état de tun est une forme de cryptobiose liée à la déshydratation ou à d’autres stress extrêmes.

Les radicaux libres, eux, sont souvent présentés comme des ennemis des cellules. Ils attaquent les membranes, l’ADN, les protéines, et leur accumulation est associée à certains cancers ou maladies neurodégénératives. L’organisme humain produit des antioxydants pour limiter leurs effets. L’étude sur les tardigrades montre qu’ils peuvent aussi devenir, dans un certain contexte, des messagers utiles.

Enfin, la cystéine est un acide aminé particulier grâce à un groupement chimique soufré qui la rend très sensible à l’oxydation. Dans les protéines, elle peut agir comme un interrupteur : lorsqu’elle est oxydée, la forme et la fonction de la protéine changent. Chez les tardigrades, ce « bouton » semble central pour déclencher la bascule entre vie normale et survie extrême.

Pour la recherche mondiale, dont celle menée en France, ces minuscules « ours d’eau » restent ainsi de précieux alliés : en révélant leurs secrets moléculaires, ils permettent de mieux comprendre jusqu’où la vie peut s’adapter, se mettre en veille… puis repartir.