Tardigrade : l’incroyable et minuscule Terminator du vivant

Les tardigrades sont partout ! Des hautes montagnes enneigées aux fonds marins les plus sombres, du plus banal des toits de maison au vide de l’espace, le tardigrade est capable de résister aux conditions les plus extrêmes. Une source d’inspiration rêvée pour les chercheurs !

Vue au microscope de deux tardigrades. © Eye of Science

Les tardigrades, de nombreuses espèces toujours plus incroyables !

Un tardigrade ? Qu’est-ce que c’est ?

Ce que l’on appelle tardigrade (ou encore “ourson d’eau”) n’est pas une espèce, mais un embranchement animal : les vertébrés étant par exemple un sous-embranchement du règne animal. Il existe ainsi plus de 1300 espèces répertoriées de tardigrades ! Si la plupart d’entre elles sont terrestres, d’autres sont des espèces marines que l’on retrouve aussi bien près des côtes que dans les abysses. Les tardigrades se nourrissent principalement de diatomées, des algues unicellulaires dont nous vous parlions dans notre podcast l’Incroyable Nature. Les diatomées ont un squelette externe : une capsule de silice protectrice nommée frustule. Donc, pour se nourrir, les tardigrades réussissent à percer le frustule ce qui leur permet d’aspirer la cellule de l’algue.

On peut retrouver les tardigrades sur tous les continents, mais on les trouve surtout dans les environnements où de la mousse est présente (les forêts sont donc parfaites pour ces petits terminators !) car elle fait également partie de leur alimentation ! On les retrouve alors dans le monde entier (sans exagérer !) : des tardigrades ont déjà été trouvés sur des sommets de l’Himalaya, dans les eaux très profondes (4 000m de profondeur), ou encore dans le Sahara ! On comprend bien que les conditions environnementales extrêmes n’impressionnent pas ces petits êtres dotés de ce qu’on peut considérer comme des superpouvoirs.

Le tardigrade et ses superpouvoirs

Mesurant généralement moins d’un millimètre (bien que les plus grands atteignent tout de même 1,5 mm), les tardigrades sont surtout connus pour leur résistance à toute épreuve. Ils survivent à des températures de -272°C, soit quasiment le zéro absolu ! Ils supportent également les fortes pressions (plus de 6000 bars !) ou à l’inverse le vide. Ils sont également 1000 fois plus résistants que nous aux radiations UV et aux rayons X, et supportent aussi certaines substances toxiques. Et comme si ce n’était pas suffisant, les tardigrades peuvent également survivre plusieurs jours sans oxygène.

Attention tout de même, même si le listing que nous avons dressé est impressionnant, il convient toutefois de nuancer nos propos. Si vous revenez quelques lignes plus haut nous vous disions que les tardigrades représentent plusieurs espèces, ils ne sont donc pas tous aussi résistants. En effet, chaque espèce possède des propriétés particulières et donc ses points forts. Par exemple, si l’on s’intéresse à la résistance aux UV, démontrée en 2020 par un groupe de chercheurs indiens dans un article publié par la Royal Society, nous pouvons constater qu’elle n’est pas présente chez toutes les espèces de tardigrades. Par exemple, ceux du genre Paramacrobiotus ont survécu sans problème à une exposition de 15 minutes aux UV tandis que les tardigrades de l’espèce Hypsibius exemplaris sont morts dans la journée suivant l’exposition.

Néanmoins, la botte secrète des tardigrades, leur super-pouvoir ultime, qui leur permet de survivre à bon nombre de conditions extrêmes, est présent chez toutes les espèces… Il s’agit de la cryptobiose !

Le tardigrade, véritable super-héros du vivant © j32-ar

Le tardigrade et son arme secrète : la cryptobiose

La cryptobiose : un état inactif fascinant

La cryptobiose est la capacité d’un être vivant à ralentir son métabolisme à tel point que celui-ci est pratiquement à l’arrêt. Toutes les fonctions biologiques sont suspendues et l’organisme ne répond même plus à la définition usuelle d’un être vivant ! Les organismes capables d’entrer en cryptobiose peuvent ensuite revenir à un état de vie active : c’est ce qu’on appelle la reviviscence.

Plusieurs espèces sont capables d’entrer en cryptobiose, notamment de petits crustacés comme l’Artemia salina ou encore certains insectes, mais le tardigrade est l’exemple le plus connu de cryptobiose et le plus testé en laboratoire dans des conditions extrêmes de température, de pression ou de rayonnement électro-magnétique (UV, X, …) !

Il existe différents modes de cryptobiose, survenant à la suite de stress différents (baisse de température, présence de toxine, etc.) et le tardigrade est capable de tous les utiliser ! Certaines espèces de plantes comme les lichens ou les bryophytes sont quant à elle capables d’utiliser seulement l’anhydrobiose (état d’un organisme fortement ralenti ou même arrêté via suppression de l’humidité du corps) lorsqu’un stress hydrique survient : sans présence de cuticule pour les protéger du desséchement, ces plantes font varier leur teneur en eau en fonction de l’humidité de l’air, ce qui leur permet de survivre mais à un rythme ralenti ! C’est pourquoi ces espèces sont plus présentes dans des milieux sujets à l’humidité.

La cryptobiose chez les tardigrades

Vous l’aurez compris, le tardigrade fait partie de ces animaux capables de mettre leur vie en pause. Mais comment fait-il ? Le tardigrade évacue l'eau de son organisme et produit un sucre, la tréhalose, qui permet de préserver l'intégrité de ses cellules. Ensuite, ces cellules se contractent et les différents éléments (appelés organites) qu'elles contiennent s'entassent les uns sur les autres. Chez la plupart des animaux, cet état est irréversible et cela même après une réhydratation. Le tardigrade, lui, dispose de protéines spécifiques qui s’appellent justement, Tardigrade-Specific Intrinsically Disordered Proteins. Ces fameuses protéines s'insèrent entre les organites de la cellule à la manière du papier bulle, et les protègent les unes des autres. Le tardigrade peut ainsi rester en état de stase, c’est-à-dire totalement inactif, pratiquement indéfiniment. Un laboratoire japonais a ainsi conservé des spécimens pendant plus de 30 ans ! Encore plus fou : des tardigrades ont été retrouvés dans des calottes glacières âgées de plus de 2000 ans, et ils ont repris leur activité, comme si de rien n’était, lorsque celle-ci a fondu ! Actuellement, la durée maximale de survie du tardigrade en état de cryptobiose est donc encore inconnue.

Principe de la cryptobiose chez le tardigrade. © Emily Harrington

La cryptobiose expliquée © Maryam Clark

Tardigrade et inspirations : de super-pouvoirs à super-technologies ?

Tardigrades et missions spatiales : vers l’infini et l’au-delà ? Comme nous l'avons vu, les tardigrades résistent à la fois au vide, au froid, au manque d'oxygène et aux radiations. Ils sont donc des candidats idéaux pour les voyages spatiaux. Ainsi, en 2007, des chercheurs ont envoyé une capsule de tardigrades en orbite pendant 10 jours. Les tardigrades ont non seulement survécu mais se sont même reproduits à leur retour ! En revanche, les tardigrades qui n’étaient pas protégés du soleil n'ont pas survécu longtemps. Il faut tout de même souligner que les tardigrades envoyés dans l’espace n’appartiennent pas à l’espèce réputée pour sa résistance aux UV.

Justement, en parlant de résistance aux UV. L’origine de cette résistance pourrait inspirer des protections aux UV pour les astronautes lors de futures missions longue durée. En effet, nous savons que ces tardigrades se protègent des effets des UV grâce à des pigments fluorescents. La lumière émise par les pigments des tardigrades permet de renvoyer les rayonnements, cela empêche donc les radiations d’atteindre leur organisme. La fluorescence du tardigrade lui sert finalement de bouclier ! Et encore, le tardigrade n’a pas dit son dernier mot. Si cette fluorescence est appliquée sur des tardigrades non résistants aux UV, ils survivent bien mieux aux rayonnements ! Les chercheurs à l'origine de cette découverte l'ont même testée sur des vers nématodes, une espèce animale complètement différente du tardigrade. Ils ont pu constater, là encore, une nette amélioration de la survie des nématodes aux UV. A quand une transposition pour utiliser cette fluorescence dans le domaine spatial ?

La capsule de la mission FOTON-M3 qui a emmené des tardigrades en orbite. © ESA

Tardigrades et innovation : de nouvelles pistes !

Au-delà du domaine du spatial, les tardigrades comme vous vous en doutez, peuvent être une grande source d’inspiration pour énormément de domaines d’innovation ! Ces être vivants aux super-pouvoirs pourraient même devenir des super-héros ! En effet, la cryptobiose du tardigrade intéresse fortement la recherche (et les petits curieux) notamment pour améliorer la conservation de matériel biologique dans le domaine médical. En particulier, le processus peut se montrer utile pour faciliter la conservation de vaccins à température ambiante. C'est justement dans ce but que la société Biomatrica a développé des techniques de stockage d'ADN et ARN à température ambiante inspirées de la cryptobiose du tardigrade. Un excellent exemple de biomimétisme inspiré du tardigrade appliqué au secteur de la santé !

Finalement, la résistance des tardigrades pourrait aussi inspirer de nouveaux matériaux. Notamment des adhésifs secs inspirés des spatulae (des poils tous fins sous les pattes pour adhérer) du gecko, qui ressemblent à ceux utilisés dans le domaine de la robotique. En effet, des chercheurs de l’Institut Technologique de Berlin s’intéressent au tardigrade pour améliorer la tenue dans l’espace de ce type d’adhésifs. Les applications existantes, à base de polymères, se dégradent et perdent leur élasticité dans un environnement aussi sévère, ce qui nuit au pouvoir adhésif de l’ensemble. Des matériaux inspirés du tardigrade pourraient changer la donne, même si les recherches actuelles sont encore très exploratoires.

Les spatulae des pattes du gecko © GeckSkin

Conclusion

Le tardigrade a donc plus d’une corde à son arc pour nous épater ! En plus d’être une curiosité biologique pour ses multiples exploits, il pourrait également inspirer les chercheurs et les ingénieurs pour des applications diverses. Qui sait ce que ce petit dur à cuire nous réserve encore comme surprise ?