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Cryptobiose : ces organismes capables d'arrêter le temps

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Les tardigrades sont connus pour leurs capacités de survie exceptionnelles, qu'ils doivent à la cryptobiose.
Les tardigrades sont connus pour leurs capacités de survie exceptionnelles, qu'ils doivent à la cryptobiose.
© Getty - NANOCLUSTERING/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Des invertébrés microscopiques sont revenus à la vie après 24 000 ans passés dans la glace. Une longue sieste qui s’explique par une capacité très spéciale : la cryptobiose, dont sont également capables les tardigrades. Une aptitude à arrêter le temps qui fait rêver les êtres humains.

Et si un animal était capable de se mettre dans un état de stase lui permettant de survivre aux pires conditions possibles ? En 2017, on s'étonnait de la capacité des tardigrades, ces petits êtres d'une taille microscopique, à survivre pendant 30 ans à une température de - 30 °C. En 2021, c'est cette fois dans le pergélisol arctique, en Sibérie, que des chercheurs ont retrouvé des créatures, les rotifères, capables de prolonger leur longévité dans des conditions hors normes : ces invertébrés microscopiques de près de 2 mm de large venaient de passer 24 000 ans à des températures oscillant entre 0 et -20 °C, comme le raconte une étude parue dans la revue Current Biology. Une fois revenus à températures ambiantes, 144 de ces petits animaux sont sortis d'un état particulier, la cryptobiose, et ont peu à peu réactivé leurs fonctions vitales.

Un record de longévité ? Même pas. Dès 2018, des scientifiques russes racontaient dans la revue scientifique Doklady Biological Sciences être parvenus à réanimer des nématodes, ou vers ronds, restés pendant plus de 30 000 ans "congelés" dans la glace du permafrost. "Notre rapport est la preuve la plus solide à ce jour que les animaux multicellulaires pourraient supporter des dizaines de milliers d'années en cryptobiose, un état dans lequel le métabolisme est presque complètement à l'arrêt", avait alors commenté Stas Malavin, de l'Institut des problèmes physico-chimiques et biologiques du sol à Pouchtchino, en Russie, et co-auteur de l'étude.

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La cryptobiose, clé de la survie ? 

Le processus de la cryptobiose a été identifié il y a de cela plusieurs siècles. Les naturalistes, en constatant que des mousses jaunies et desséchées pouvaient soudainement reprendre une parure verte, ont réalisé que certains organismes étaient capable de revenir à la vie. Un phénomène qualifié, dès 1586, de "reviviscence". Depuis, les scientifiques emploient plus volontiers le mot de cryptobiose pour désigner certains de ces états de vie caractérisés par une réduction du métabolisme si importante que son activité en devient indétectable. 

Mais comment ces créatures parviennent-elles, face à des conditions qui mettent en péril leur existence, à se mettre en stase ? Les animaux précédemment retrouvés dans la glace ont survécu des millénaires à des températures négatives quand, pour la plupart des êtres vivants, le gel des tissus provoque une destruction irrémédiable de l'organisme. Or la cryptobiose, consiste justement à mettre l'organisme dans une condition telle qu'il va les protéger des conditions extrêmes ambiantes, raconte Stéphane Tirard, professeur d’épistémologie de l’histoire des sciences à l’université de Nantes, dans Le Journal des Sciences

Les organismes qui sont capables de passer en cryptobiose possèdent des caractéristiques qui leur permettent de faire sortir l’eau des cellules et qui en plus leur permettent de protéger les structures cellulaires, les membranes, pendant cette phase de dessiccation. Que ce soit les rotifères, les tardigrades, ou des graines, ils présentent des caractéristiques dans leurs cycles de vie, qui consistent en la possibilité d’introduire des périodes de pauses métaboliques en quelque sorte, donc elles sont en mesure de jouer avec la temporalité de leurs cycles de vie. C’est en fait une propriété qui est plus répandue qu’on ne le pense dans les cycles de vie des organismes qu’on peut connaître. C’est intéressant de constater qu’une structure vivante placée dans certaines conditions peut se retrouver dans cet état de vie latente, a pu préserver cet état pendant autant d’années. C’est-à-dire que sur un plan très fondamental ça pose la question de la temporalité des cycles de vie. La découverte en question confirme cette possibilité de la très longue durée de la préservation des structures.

À réécouter : Des animaux microscopiques vieux de 24.000 ans reviennent à la vie

Il existe plusieurs types de cryptobiose selon les conditions auxquels sont exposés les organismes. Dans le cas d'une baisse importante de température, on parle ainsi de cryobiose. Mais le mode de cryptobiose peut aussi se différencier selon qu'il soit du à un stress hydrique (anhydrobiose), à une diminution du taux d'oxygène (anoxybiose) ou encore à de hauts niveaux de toxines (chimiobiose). 

Pour supporter ces changements brusques, "la cryptobiose s'accompagne de modifications plus ou moins poussées de la structure de l'organisme et d'un ralentissement plus ou moins important de leur métabolisme", précise Stéphane Tirard dans son étude Cryptobiose et reviviscence dans les animaux, le vivant et la structure. La cryptobiose se distingue ainsi par des changements plus conséquents que ceux induits par d'autres états de suspension de l'organisme, telles la vie ralentie (comme la dormance, caractéristique de certaines bactéries) ou la vie latente (l'hibernation).

Lorsqu'un animal est par exemple en état d'anhydrobiose, c'est-à-dire qu'il entre en état de stase pour compenser un manque d'eau, "son métabolisme est réduit et ne représente que 0.01 % de l'activité normale", précise Stéphane Tirard :

Les modalités qui permettent l’existence d’une protection de la structure des cellules commencent à être élucidées. Il a été montré que, dans le cas de l’anhydrobiose, deux molécules sont très importantes dans l’apparition et le maintien de cet état "stabilisé". Elles sont synthétisées progressivement par les animaux qui entrent en cryptobiose. La première de ces molécules, le glycérol, semble jouer un rôle dans la protection des membranes contre l’oxydation et remplace l’eau liée aux macromolécules. Et par ailleurs, l’état de cryptobiose repose sur la présence, en grande quantité dans le corps de l’animal, d’un glucide, le tréhalose. [...] Ces deux molécules permettent la préservation de l’organisation à l’échelle moléculaire pendant la période de cryptobiose. Certaines caractéristiques structurales fondamentales de la cellule, telles que la structure des membranes et la compartimentation cellulaire, sont sauvegardées malgré les conditions physiques auxquelles elle est soumise. 

Tout l'enjeu de la cryptobiose est donc de parvenir à maintenir l'intégrité de la structure de l'organisme, tout en le modifiant. Par exemple, lorsqu'un organisme gèle, la cristallisation de l'eau à l'intérieur des cellules va peu à peu détruire ces dernières. En modifiant la structure de leur organisme, les animaux capables de cryobiose vont faire en sorte que la cristallisation de l'eau se produise à l'extérieur des cellules : "des protéines et des phospholipides spécifiques situés entre les cellules, dits agents de nucléation, induisent la formation des premiers cristaux. Il a été démontré, chez certaines espèces capables de geler, que ces molécules sont synthétisées à l'approche de la mauvaise saison". 

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Le tardigrade, star de la cryptobiose

La cryptobiose est, de fait, un des doux rêves de la science-fiction : parvenir à placer un corps dans une sorte de stase, à en croire de nombreux récits futuristes, offrirait la possibilité d'envoyer l'homme aux confins de l'univers. 

En l'état, la cryptobiose n'est cependant réservée qu'à quelques rares élus, et l'espèce humaine n'est pas de la partie. De nombreux organismes unicellulaire, comme des bactéries, sont ainsi capables d'induire une cryptobiose pour se préserver. Du côté des végétaux, des phénomènes d'anhydrobiose ont pu être observés chez des levures, des lichens, des fougères (la Cétérach officinal), des algues, mousses ainsi que certaines graines, tous capables de retrouver leurs fonctions une fois réhydratés. 

L'Artemia Salina est capable d'anhydrobiose.
L'Artemia Salina est capable d'anhydrobiose.
- Hans Hillewaert / CC BY-SA 4.0

Chez les espèces animales, si les rotifères ou les nématodes ont affiché des résultats impressionnants, on compte également des crustacés (comme l'Artemia salina, qui vit dans les lacs salés et lagunes) ou des larves (comme celle de l'insecte diptère Polypedilum vanderplanki, capable de survivre en perdant 97 % de son eau). C'est cependant le tardigrade, qui reste à ce jour la star incontestée de la cryptobiose, tant il semble capable de se préserver dans n'importe quel environnement extrême. Les différents tests effectués par des chercheurs ont permis de s'assurer que ces "oursons d'eau" d'à peine 1 mm étaient capables de se préserver avec succès du zéro absolu comme de températures atteignant 151°C, d'être congelés pendant plusieurs centaines d'années, de survivre dans le vide, de résister à la pression du fond des océans et enfin d'encaisser une dose de rayons X équivalent à 570 000 rads... la dose mortelle pour l'homme étant de 500 rads. Autant de capacités qui l'ont consacré, jusqu'ici, comme la vedette absolue de la survie.

À réécouter : Le tardigrade, un survivaliste

Pour autant, la cryptobiose est-elle la clé de l'immortalité ? "La cryptobiose n’est pas seulement une capacité à résister à des conditions extérieures drastiques, elle est également un aménagement du temps biologique de l’individu, précise Stéphane Tirard, professeur d’épistémologie de l’histoire des sciences. Ces animaux, s’ils "suspendent" leur vie pendant parfois de longues durées, s’ils augmentent la durée de leur existence n’en augmentent pas pour autant la durée de leur vie active". Les rotifères récemment revenus à la vie ne devraient donc pas faire long feu... malgré 24 000 ans passés en "sommeil".

Arrêter le temps, un rêve bien humain

Cette capacité "d'arrêter le temps" n'en fait pas moins rêver l'être humain, pourtant très loin d'approcher la cryptobiose. Le fantasme de la cryoconservation a fait des émules, certaines entreprises s'étant spécialisées dans ce business un peu particulier. Les plus fervents partisans de ces techniques n'ont ainsi pas hésité à se faire cryogéniser dans les heures suivant leur mort. Leurs corps ont été plongé dans des caissons d'azote liquide, après que leur sang a été remplacé par des substances antigel pour tenter d'enrayer le processus de cristallisation... En espérant des jours lointains où la science serait capable de les ramener à la vie. 

En France, la cryogénisation a cependant été interdite depuis l’affaire des époux Martinot, cryogénisés de façon totalement amateur en 1984 et 2000 par leur fils Rémi, conformément à leur demande. Le Conseil d’Etat avait alors interdit ce mode de "sépulture". Le fils Martinot avait voulu porter l’affaire devant la Cour européenne des droits de l’homme… avant qu’une coupure de courant n’interrompe la cryogénisation en cours et ne mette fin à l’histoire. En 2005, Rémi Martinot faisait d'ailleurs le récit de cette expérience dans l'émission Les Pieds sur Terre

À réécouter : Retour sur… La cryogénisation (R)

Si l'histoire paraît incongrue, de nombreux scientifiques s'échinent néanmoins à découvrir le procédé qui permettra de cryo-conserver un corps humain. L'objectif, dans l'immédiat, n'est pas tant de préserver un corps entier de la mort dans l'espoir de le réveiller ensuite, que de faciliter la transplantation d'organes : une fois prélevé sur un corps humain, un cœur, un poumon ou un rein ne survit en effet que quelques heures dans la glace avant d'être irrémédiablement perdu. L'injection de cryopréservants, ainsi que de nouvelles techniques, ont d'ores et déjà permis d'améliorer le temps de conservation des organes... Mais cryoconservation n'est pas cryptobiose : cette technique ne consiste pas tant à modifier la structure de notre organisme, qu'à le préserver à des températures si basses que l'activité biologique est suspendue. 

Si la cryptobiose reste une source d'inspiration, il est très peu probable que l'être humain parvienne à s'en approcher un jour, tant les structures de nos organismes diffèrent des animaux capables de ralentir et de modifier leurs métabolismes. Face aux canicules à venir, point d'anhydrobiose possible. Il nous faudra donc, bien au contraire, nous hydrater.