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À la découverte des Sciences

Le tardigrade

Quelques vidéos pour en savoir plus...

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Les chiffres servent de conseil au sens de lecture

Un sujet proposé par Romain Léger (4B)

Pour démarrer, c'est par ici !

Novembre 2021

Un champion de la survie La résistance incroyable du tardigrade à des situations extrêmes n'est pas le fruit du hasard. En effet, les "oursons d'eau" sont capables de cryptobiose, un mécanisme qui ralentit leur métabolisme à 0,01% de leur moyenne habituelle. Ce faisant, ils rejettent alors 99% de l'eau contenue dans leur corps pour se recroqueviller et former une sorte de petit "tonneau" quasiment indestructible. On observe ce phénomène chez d'autres petits organismes, lorsqu'ils doivent résister au manque d'eau ou d'air. La particularité du tardigrade est que sa cryptobiose s'accompagne de la fabrication d'une sorte de sucre antigel, lui permettant de survivre au froid intense. Image : Photographies prises au microscope à balayage électronique présentant un tardigrade normal (à gauche) et un tardigrade en état de cryptobiose (à droite) (WEŁNICZ et al., 2011) Cet état de cryptobiose peut être maintenu pendant de nombreuses années par le tardigrade, si les conditions du milieu dans lequel il se trouve ne sont pas favorables. Afin d'étudier ce fonctionnement si particulier et pour mieux comprendre la capacité de régénération de l'ADN des tardigrades, des chercheurs japonais ont étudié deux spécimens, affectueusement prénommés Sleeping Beauty 1 et Sleeping Beauty 2, congelés pendant plus de 30 ans. Ils ont cherché à les faire sortir de leur cryptobiose en les plaçant dans de l'eau minérale et en les laissant dans le noir.Après 4 jours de réhydratation, les deux animaux ont commencé à bouger quelques unes de leurs pattes. Au 6e jour, ils ont tenté de se relever et ont atteint la surface de l'eau le 9e jour. Enfin, c'est à partir du 13e jour qu'ils ont commencé à se nourrir d'algues. Image : Sleeping Beauty 3, l'un des spécimens de tardigrade (espèce Acutuncus antarcticus) ramené à la vie après 30 ans de cryptobiose (Tsujimoto et al., 2016) La barre noire sur la droite représente 0,1 mm. La couleur verte est due aux algues (chlorelles) consommées par le tardigrade à son "réveil". Malheureusement, Sleeping Beauty 2 a cessé de se nourrir après 20 jours, ce qui a entraîné sa mort. En parallèle, Sleeping Beauty 1 a complètement récupéré ses forces et en a profité pour pondre 19 oeufs le 21ème jour, dont 14 ont éclos (en effet, certaines espèces de tardigrades peuvent se reproduire sans mâles). De plus, un oeuf (Sleeping Beauty 3) a également survécu à la cryptobiose, pour devenir un tardigrade adulte en parfaite santé au bout de 6 jours et pondre ses propres oeufs 8 jours plus tard.Sleeping Beauty 1 ne détient pourtant pas le record de réanimation après la plus longue cryptobiose : des glaciologues ont, par exemple, fait revenir à la vie des tardigrades vieux de 130 000 ans !

Le plus original des oursons C'est en 1773 que le zoologiste allemand Johann August Ephraim Goeze observe pour la première fois ces étranges créatures. Image : Premier dessins d'observation de différentes espèces de tardigrades (Greven, 2019) Les tardigrades tiennent en réalité leur nom du latin tardus gradus (littéralement, "marcheur lent"), qui leur a été donné par le biologiste italien Lazzaro Spallanzani en 1776. Cette appellation est en lien avec leur démarche lente et le fait qu'ils escaladent posément les minuscules débris sur leur chemin. On les surnomme également souvent "oursons d'eau" du fait de par ressemblance (plus ou moins frappante) avec les pandas et parce qu'ils vivent en milieu humide. Avec leurs 8 pattes griffues, leur trompe et leurs caractéristiques hors du commun, les tardigrades donnent tout de suite l'impression de venir d'une autre planète. Pourtant, on en connait actuellement plus de 1000 espèces vivant un peu partout sur Terre, dans des milieux variés et parfois hostiles. Certaines espèces vivent dans les eaux douces ou salées, d'autres sont plus terrestres puisqu'elles s'installent dans des mousses, de l'humus des forêts ou encore des lichens. Pour ces dernières, ont dira qu'elles sont limnoterrestres, puisqu'elles vivent dans de minuscules poches d'eau au sein d'habitats humides. Ainsi, les tardigrades sont bien des animaux aquatiques. En quelques chiffres, on compte environ 300 formes marines, 100 d'eau douce et 600 limnoterrestres.Cet animal forme à lui tout seul un embranchement entier de l'arbre du vivant (l'embranchement Tardigrada), cousin des arthropodes (nom scientifique des crustacés et "insectes" communs, entre autres), bien qu'il ne mesure en moyenne qu'entre 0,1 et 1,5 mm et se nourrisse essentiellement de petites algues. GIF : Observation d'un tardigrade vivant au microscope optique (grossissement x200) (SSAFT, 2016) Certains chercheurs supposent même qu'ils seront encore présents pendant au moins 10 milliards d'années après la disparition de l'espèce humaine...

À regarder de très près... Minuscules et translucides, les tardigrades peuvent ainsi difficilement être aperçus à l'oeil nu. Pour avoir la chance de les observer de manière nette, il faut utiliser une loupe binoculaire ou, mieux encore, un microscope (électronique ou non), après avoir prélevé un peu d'eau croupie et contenant des algues (la nourriture favorite de ces drôles d'énergumènes) ou de la mousse. Il est parfois nécessaire d'ajouter de l'eau pour réhydrater les tardigrades et les sortir de leur état de "dormance". Image : Photographie prise au miscroscope à fluorescence d'un tardigrade (grossissement : x400). Les différents organes composant l'animal apparaissent par fluorescence dans différents coloris (non réels car l'image a été traitée pour plus de clarté) - (Tagide Decarvalho, 2020) Au fur et à mesure du temps, des recherches et de l'évolution des technologies, les scientifiques ont pu comprendre et étudier de manière détaillée l'anatomie du tardigrade, comme le montre l'image qui suit. Comme il est possible de l'observer sur la coupe transversale ci-dessus, le tardigrade ne possède pas d'appareil circulatoire ni respiratoire à proprement parler, et ce comme de très nombreux insectes. Cependant, il disposent bien d'un appareil digestif, d'un appareil excréteur ainsi que d'un appareil reproducteur. Le stylet, à l'avant de la tête, joue des rôles multiples : alimentation, respiration et même dans la reproduction des espèces !

Un nouveau genre de super-héros ? Les tardigrades ont conquis presque toute notre planète et sont très résistants. Ils ont en effet développé des capacités hors du commun, comme par exemple le fait de pouvoir se déplacer dans divers états de vie inactive, en réponse à des conditions extrêmes. Ils possèdent par exemple une forte résistance à la chaleur intense et au froid glacial : c'est ce que l'on appelle un organisme extrêmophile. De manière plus précise, on a pu observer que la plupart des tardigrades résistent au zéro absolu (-273,15°C) et à plus de 150°C (certains ont été retrouvés vivant au sommet de l'Himalaya, dans des glaciers en Antarctique ou encore dans des volcans). Image : Photo-montage intitulé "Super-tardigrade" (Dave, 2015) En plus de leurs incroyables propriétés thermiques, les tardigrades résistent à une pression quatre fois plus importante que celle du fond des océans et peuvent survivre sans eau ni nourriture pendant 10 ans ! Et comme si cela ne suffisait pas, les chercheurs ont découverts que ces petits "champions" résistaient au vide spatial et aux radiations (rayons X et ultraviolets). Par exemple, un être humain ne peut pas être exposé à des radiations supérieures à 500 rads sans en mourir. Le tardigrade, quant à lui, peut subir des radiations supérieures 570 000 rads sans que cela lui soit létal ! Enfin, et c'est peut être le plus impressionnant, certains scientifiques ont découverts que le tardigrade était capable de réparer son ADN, grâce à une protéine qu'il fabrique lui-même appelée Dsup et mise en évidence en 2006. Cette protéine, exploitée par une équipe de chercheurs japonais, semble très intéressante une fois transférée à l'être humain, bien que les recherches n'aient pas encore été appliquées à un organisme entier (seulement quelques fragments d'ADN pour le moment). Image : Résumé des résultats des chercheurs japonais concernant la protéine Dsup (Damage Suppressor = suppresseur de dommages) (AFP, 2016 extrait de Frederic L. - KultureGeek, 2016) Malgré toutes ces "super-propriétés" et sa résistance hors du commun, le tardigrade ne peut cependant pas être considéré comme réellement indestructible. En 2018, une étude menée par des chercheurs danois a révélé qu'une espèce originaire de l'Antarctique (Acutuncus antarticus de son petit nom) pourrait être menacée d'extinction en raison du changement climatique. Deux ans plus tard, une autre espèce (Ramazzottius variornatus) présentait le même point faible. Ces espèces, non acclimatées, peuvent mourir à des températures autour de 37°C pour des individus actifs, et 83°C pour des individus en phase de "dormance". Il faudra donc attendre un peu pour pouvoir percer (peut-être !) un jour le secret de l'immortalité !

Drôle de reproduction... Le mode de reproduction est un processus qui s'est révélé plus complexe que prévu, pour un organisme finalement assez "simple" dans sa constitution. En effet, les tardigrades sont ovipares (= pondent des oeufs), mais les mâles et femelles ne présentent pas d'éléments permettant de les différencier de l'extérieur : c'est ce que l'on appelle ne pas avoir de dimorphisme sexuel. Il est donc difficile, sans une bonne connaissance de l'espèce, de faire se reproduire (en les distinguant !) un mâle et une femelle tardigrade. Avant l'accouplement, chaque tardigrade s'assure que son/sa partenaire soit en mesure de se reproduire. Les mâles ne sont quasi-systématiquement attirés que par les femelles ayant des oeufs disponibles. Ces oeufs sont stockés dans une couche externe de la peau des femelles : la ponte des oeufs n'aura lieu que lorsque l'animal sera en période de mue (comme chez les serpents). Image : Croquis représentant l'accouplement de l'espèce Isohypsibius dastychi, avec le mâle (à gauche) tenant la femelle (à droite) (Bingemer, 2016) Pendant l'accouplement, les mâles s'enroulent autour des femelles en les tenant avec leur première paire de pattes. Les femelles stimulent l'abdomen des mâles en bougeant leur stylet (partie de la bouche) et ne présenteront des oeufs qui si le mâle libère ses spermatozoïdes (soit l'éjaculation, qui peut durer plusieurs heures) : c'est la fécondation, qui amènera les oeufs à se transformer en embryon puis en jeunes tardigrades. Si ce n'est pas le cas, les oeufs sont résorbés et ne seront pas fécondés : il n'y aura pas de petits. La vidéo ci-dessous présente le début de l'accouplement entre un mâle et une femelle tardigrade comme décrit précédemment : Vidéo : "Tardigrade mating" - L'accouplement des tardigrades (ScienceAlert, 2016)

Sources - BINGEMER Jana (2016) - First detailed observations on tardigrade mating behaviour and some aspects of the life history of Isohypsibius dastychi Pilato, Bertolani & Binda 1982 (Tardigrada, Isohypsibiidae) : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/zoj.12435 - BUSINESS INSIDER (2021) – SpaceX a envoyé 5000 tardigrades dans l’espace pour étudier leur indestructibilité : https://www.businessinsider.fr/spacex-a-envoye-5-000-tardigrades-dans-lespace-pour-etudier-leur-indestructibilite-187731 - DAVE (2015), Something of Interest – Super Animals – Tardigrades ! : https://www.somethingofinterest.com/super-animals-tardigrades/- DINO HRISTOPOULOS (2016) – La vie sexuelle du tardigrade en images : https://www.sciencesetavenir.fr/animaux/l-accouplement-des-tardigrades-comment-ca-se-passe_108667- ERYEH-FORT Arthur, France Culture (2019) – Tardigrade, un animal extraordinaire sur la Lune : https://www.franceculture.fr/sciences/tardigrade-un-animal-extraordinaire-sur-la-lune- ESA European Space Agency (2007) – Décollage de Photon avec de nouvelles expériences en microgravité : https://www.esa.int/Space_in_Member_States/France/Decollage_de_Photon_avec_de_nouvelles_experiences_en_microgravite- EYE OF SCIENCE / PHOTO RESEARCHERS, INC.(2016) – Photographie au microscope électronique d’un tardigrade évoluant dans une mousse : https://www.francetvinfo.fr/sciences/lincroyable-histoire-du-tardigrade-reveille-apres-plus-de-30-ans-de-congelation_1275211.html- FREDERIC L. (2016), KultureGeek – Bientôt tous des super-héros…grâce à un minuscule tardigrade indestructible ? : https://kulturegeek.fr/news-94024/super-heros-grace-minuscule-tardigrade-indestructible- GREVEN Hartmut (2019) - From Johann August Ephraim Goeze to Ernst Marcus: A Ramble Through the History of Early Tardigrade Research (1773 Until 1929) : https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-95702-9_1- GOEZE (1773) – Uber der Kleinen Wasserbär. Abhandlungen aus der Insectologie, Ubers. Usw, 2. Beobachtg, p. 367-375- INGEMAR JÖNSSON K., RABBOW Elke, SCHILL Ralp O., HARMS-RINGDAHL Mats, RETTBERG P. 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Traduits de l'italien par Jean Senebier en 1777. - SSAFT Strange Stuff and Funky Things (2016) – Observation microscopique – Tardigrade : http://ssaft.com/Blog/dotclear/?post/2016/05/04/Observation-Microscopique-Tardigrade- TAGIDE DECARVALHO (2020) - Le tardigrade, un invertébré qui résiste aux températures extrêmes et au vide spatial : https://www.science-et-vie.com/nature-et-enviro/tardigrade-on-a-peut-etre-perce-le-secret-de-son-incroyable-resistance-56059- TSUJIMOTO M., IMURA S., KANDA H. (2016) – Recovery and reproduction of an Antarctic tardigrade retrieved from a moss sample frozen for over 30 years, Cryobiology, 72, p. 78-81 : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011224015300134 - WEŁNICZ Weronica, GROHME Markus A., KACZMAREK Łukasz., SCHILL Ralph O., FROHME M. (2011) - Anhydrobiosis in tardigrades - The last decade, Journal of Insect Physiology, Vol. 57, Issue 5, May 2011, p. 577-583 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022191011000874

Allers (et parfois retour) dans l'espace Les tardigrades sont de grands voyageurs spatiaux, puisque plusieurs missions ont été organisées avec à leur bord, nombre de ces animaux microscopiques.

  • En 2007, au cours de la mission PHOTON-M3 (FOTON-M3 en anglais) de l'ESA (European Space Agency), des chercheurs ont envoyé une capsule en orbite contenant des tardigrades, et ce pendant 10 jours. Ils ont pour la plupart survécu, et certains se sont même reproduits. Cependant, exposés aux rayonnements solaires, ils n'ont pas pu survivre longtemps à leur retour sur Terre (l'espèce envoyée dans l'espace n'est pas particulièrement reconnue pour sa résistance aux UV). Il est important de souligner que les survivants à cette expérience ont présenté une régénération de leur ADN à leur retour, leur permettant de continuer de vivre. Cela a notamment permis aux chercheurs de réaliser que les tardigrades se protégeaient des rayons solaires grâce à des pigments fluorescents leur servant de bouclier. C'est cet événement qui a notamment initié les recherches des scientifiques japonais concernant la transmission de la protéine Dsup (fabriquée par les tardigrades) à l'ADN humain.
Image : Photographie de la capsule de la mission PHOTON-M3 qui a emmené des tardigrades en orbite (ESA, 2007)
  • En avril 2019, l'organisation à but non lucratif Arch Mission Foundation a envoyé sur la Lune une "Arche de Noé" moderne au sein de la sonde israélienne Beresheet. Cette dernière contenait entre autres un millier de tardigrades, seul animal actuellement connu pour résister au vide spatiale et au manque d'oxygène (et sans aucune combinaison !).La sonde s'est écrasée sur la surface lunaire mais, selon l'organisation, il y aurait de grandes chances que les tardigrades aient survécu, du fait de leurs incroyables capacités. En effet, avant d'être expédiés sur la Lune, les individus ont été placés en cryptobiose et enfermés dans de l'ambre artificiel. De cette manière, s'ils étaient récupérés sur la Lune puis réhydratés dans une atmosphère, un certain nombre pourraient être réanimés...
  • Plus récemment, la mission du 3 juin 2021 de ravitaillement de SpaceX comptait des tardigrades de l'espèce Hypsibius exemplaris en état d'hibernation à bord d'une capsule. Cette dernière s'est amarrée à l'ISS (International Spatial Station = Station Spatiale Internationale) le samedi 5 juin 2021. L'objectif des recherches est d'étudier l'adaptation des tardigrades à la vie en orbite, et notamment de quelle manière ces petits individus sont capables de survivre et de se reproduire dans un environnement si contraignant. L'idée seraient d'utiliser leurs "astuces" de survie et de les adapter pour pouvoir, dans l'avenir, protéger au mieux les astronautes.Après avoir réhydraté les tardigrades à bord, les astronautes prévoient d'étudier l'évolution des gènes de l'espèce en orbite.
Image : Photographie de l'ISS vue depuis la capsule "Soyouz" (NASA/Roscosmos, 2018)