Ils survivent au vide spatial et à des températures extrêmes : les scientifiques ont enfin compris le secret des tardigrades

Ces minuscules animaux, étudiés aux États-Unis, traversent le vide spatial et des froids extrêmes grâce à un mécanisme moléculaire qui les plonge dans une dormance extrême.

Une nouvelle étude scientifique américaine, relayée par le média spécialisé Smithsonian, apporte un éclairage inédit sur l’incroyable résistance des tardigrades, ces « oursons d’eau » capables de survivre là où presque aucun autre organisme ne tient. Des chercheurs pensent avoir identifié l’interrupteur moléculaire qui leur permet de se mettre en sommeil profond pour affronter les pires conditions.

Des « oursons d’eau » presque indestructibles

Les tardigrades ont été décrits pour la première fois en 1773 par le zoologiste allemand J.A.E. Goeze, qui les avait baptisés « petits ours d’eau » en observant leur démarche pataude et leur silhouette trapue au microscope. Trois ans plus tard, le biologiste italien Lazzaro Spallanzani leur donnera leur nom scientifique, « tardigrada », soit « qui marche lentement ».

Derrière ces surnoms attendrissants, se cache pourtant l’un des organismes les plus robustes de la planète. Selon l’article de Smithsonian, ces animaux microscopiques, qui mesurent souvent moins d’un millimètre, vivent sur Terre depuis au moins 600 millions d’années. Ils ont traversé les cinq grandes extinctions massives qui ont bouleversé la biosphère, là où d’innombrables espèces ont disparu.

Les performances rapportées par les chercheurs impressionnent :

• ils résistent au vide spatial et aux rayonnements cosmiques ;
• ils supportent les pressions et la chaleur extrêmes proches des sources hydrothermales au fond des océans ;
• ils survivent à des températures approchant le zéro absolu ;
• ils ont même résisté à un tir les projetant à près de 3 200 km/h.

Certains scientifiques estiment que seule la mort du Soleil mettra un terme à l’odyssée des tardigrades, tant leur capacité de survie dépasse celle des autres organismes connus.

Un mode de survie basé sur une « mise en boule »

Les tardigrades ne vivent pourtant pas en permanence dans des environnements extrêmes. Comme l’explique Derrick Kolling, chimiste à l’université Marshall aux États-Unis, cité par Science News et repris par Smithsonian, ces animaux ne sont pas à proprement parler des « extrémophiles » – des organismes adaptés à des milieux extrêmes – mais des « extrémo-tolérants ». Autrement dit, ils supportent ces conditions lorsqu’ils y sont contraints.

Depuis plusieurs années, on sait que face au stress, les tardigrades ont un réflexe radical : ils se contractent, rentrent leurs pattes et se transforment en petite boule desséchée. Cet état est appelé « tun ». Pendant cette phase :

• leurs pattes se rétractent totalement ;
• leur métabolisme chute à un niveau extrêmement faible ;
• leur corps se déshydrate presque complètement.

Dans cet état, ils semblent quasiment morts. Pourtant, une fois les conditions redevenues favorables, ils peuvent « se réveiller », se réhydrater, réactiver leur métabolisme… et repartir comme si de rien n’était. La grande question restait : quel signal interne déclenche ce passage spectaculaire en mode survie ?

Le rôle clé d’un acide aminé : la cystéine

C’est précisément ce point qu’une équipe américaine a voulu éclaircir, dans une étude parue en janvier 2024 dans la revue scientifique PLOS ONE. Les chercheurs ont soumis les tardigrades à différents facteurs de stress :

• présence de peroxyde d’hydrogène (un oxydant puissant) ;
• fortes concentrations de sucre ;
• fortes concentrations de sel ;
• températures de –80 °C (–112 °F).

Ils ont constaté que, comme d’autres animaux, les tardigrades produisent alors des radicaux libres. Ces molécules, issues notamment de l’oxygène, possèdent un électron non apparié, ce qui les rend très réactives. Elles peuvent alors endommager des protéines ou l’ADN en cherchant à compenser cette charge.

Les scientifiques ont observé une interaction particulière : ces radicaux libres réagissent volontiers avec la cystéine, un acide aminé utilisé pour fabriquer des protéines. Lorsqu’ils ont bloqué cette réaction d’oxydation de la cystéine, quelque chose d’assez spectaculaire s’est produit : les tardigrades n’étaient plus capables d’entrer dans l’état de tun.

« La cystéine agit comme une sorte de capteur régulateur. Elle permet aux tardigrades de sentir leur environnement et de réagir au stress », explique la chimiste Leslie Hicks, de l’université de Caroline du Nord à Chapel Hill, citée par New Scientist et reprise par Smithsonian.

Autrement dit, la modification chimique de la cystéine sous l’effet des radicaux libres semblerait servir d’interrupteur moléculaire. Une fois activé, ce signal déclencherait toute une cascade de réactions internes menant à la dormance extrême.

Au-delà de la dormance : une arme de survie polyvalente

Les chercheurs rappellent que l’état de tun n’est pas l’unique stratégie des tardigrades. Pour faire face à certains types de stress, notamment le froid extrême, ils n’adoptent pas systématiquement cette forme de boule desséchée.

L’équipe a pourtant constaté autre chose : même lorsque les animaux n’étaient pas censés entrer en tun, ils ne survivaient pas au gel si les chercheurs empêchaient à nouveau l’oxydation de la cystéine par les radicaux libres. Cette observation laisse penser que ce mécanisme moléculaire intervient dans d’autres modes de protection encore mal compris.

Selon Leslie Hicks, cette piste ouvre « tout un vaste ensemble d’expériences » pour analyser les différents visages de la survie chez les tardigrades.

Un autre chercheur, Hans Ramløv, physiologiste comparatif à l’université de Roskilde au Danemark, cité par Science News, souligne un mystère majeur qui persiste : « Cela n’explique évidemment pas comment on peut arrêter le métabolisme, mourir, puis relancer le métabolisme et vivre à nouveau. » Comprendre ce retour à la vie reste l’un des grands défis du domaine.

Quels enjeux pour la recherche sur le vieillissement et l’espace ?

Les radicaux libres sont souvent associés au vieillissement et à certaines maladies liées à l’âge. Ils jouent un rôle dans la détérioration progressive des cellules. En étudiant comment les tardigrades parviennent à gérer ces molécules réactives sans dommages durables, les scientifiques espèrent mieux comprendre certains mécanismes de la sénescence.

Les travaux mentionnés par Smithsonian pourraient également avoir des répercussions dans deux grands domaines :

Pour l’heure, les auteurs restent prudents : il s’agit d’une première étape qui identifie un interrupteur possible, sans livrer l’ensemble du « mode d’emploi » moléculaire des oursons d’eau.

Que font les chercheurs en France sur les tardigrades ?

En France, plusieurs équipes s’intéressent aussi aux organismes extrémo-tolérants, dont les tardigrades, souvent dans le cadre de la biologie fondamentale et de l’astrobiologie. Les objectifs sont proches de ceux évoqués par les chercheurs américains : comprendre comment certains êtres vivants supportent des conditions extrêmes afin de mieux cerner les limites du vivant.

Les travaux menés dans l’Hexagone, en lien avec des organismes comme le Centre national d’études spatiales ou le Centre national de la recherche scientifique, portent notamment sur :

• la résistance des organismes microscopiques au vide et aux rayonnements en orbite ;
• les mécanismes qui protègent l’ADN et les protéines ;
• la capacité à reprendre un métabolisme normal après de longues périodes d’inactivité.

Comme aux États-Unis, l’enjeu n’est pas seulement de satisfaire la curiosité scientifique. Ces recherches intéressent aussi la conservation de ressources biologiques (semences, cellules, tissus) ou l’évaluation des risques liés à la contamination de planètes et lunes explorées par des sondes spatiales.

Cryptobiose, radicaux libres : quelques repères pour mieux comprendre

Le terme « cryptobiose » désigne un état dans lequel un organisme voit toutes ses fonctions vitales tomber à des niveaux si bas qu’elles deviennent quasiment indétectables. Les tardigrades ne sont pas les seuls à recourir à ce type de stratégie, mais ils en sont l’un des exemples les plus spectaculaires, en raison de leur résistance hors norme et de leur capacité à « revenir » après des années passées en dormance.

Les radicaux libres, eux, ne sont pas uniquement des ennemis. Ils jouent un rôle dans certains signaux cellulaires. Le défi pour les organismes vivants consiste à les contrôler pour éviter qu’ils ne provoquent trop de dégâts. Ce que montre l’étude évoquée par Smithsonian, c’est que les tardigrades semblent utiliser la réactivité de ces molécules à leur avantage, en s’appuyant sur l’oxydation d’un acide aminé précis, la cystéine, pour déclencher ou accompagner leurs stratégies de survie.

Cette idée d’un même signal pouvant être à la fois toxique et salvateur, selon la manière dont il est géré, intéresse fortement les biologistes. Elle pourrait expliquer en partie pourquoi certains organismes encaissent des chocs extrêmes, là où la plupart des animaux, humains compris, ne survivraient pas.