Le tardigrade, petit mais costaud

Pour inaugurer ce blog, il me semblait impossible de ne pas consacrer ce premier article à mon animal préféré : le tardigrade. Je n’ai pas la prétention de vous en faire une description exhaustive, mais j’espère que grâce à cet article vous apprendrez des choses et que vous vous amuserez (voire vous vous esclafferez). Partons ensemble à la découverte des oursons d’eau !

Un peu d’histoire

C’est lors de ma deuxième année de licence de biologie  à l’Université Pierre et Marie

Johann August Ephraim Goeze
Johann August Ephraim Goeze (1731 – 1793)

Curie (ou Jussieu pour les intimes) que j’ai découvert une matière fascinante pour certains et cauchemardesque pour d’autres : la biologie animale. Et lorsque notre professeur nous parla des tardigrades, j’ai tout de suite accroché avec eux. Bon, ce n’est certainement pas le genre d’histoire à laquelle vous vous attendiez, alors revenons un peu plus en arrière. Ce petit animal est décrit pour la première fois en 1773 par le pasteur et zoologiste allemand Johann August Ephraim Goeze.

Mais ce n’est qu’en 1776 que le biologiste italien Lazzaro Spallanzani lui donne le nom de tardigrade, autrement dit en nom indien « qui marche lentement ». Aujourd’hui on dénombre entre 1100 et 1200 espèces de tardigrades réparties en trois classes : les Heterotardigrada, les Eutardigrada, et les Mesotardigrada.

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Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799)

En terme de gisement fossile c’est un peu la dèche, car la seule trace que l’on ait, c’est un tardigrade piégé dans de l’ambre datée de – 85 millions d’années. Ce qui le situe dans l’ère appelée le Crétacé supérieur, et il a donc côtoyé les dinosaures ! Bon, nous aussi, certes, mais les nôtres nettement moins gros !

Mais à quoi ça ressemble ?

Les tardigrades sont des animaux mesurant entre 50 µm et 1,2 mm de long. Ils possèdent un corps cylindrique avec quatre paires de pattes courtes dotées de griffes. Leur tête est directement rattachée au reste du corps sans cou. C’est à cause de leur allure de joueur de première ligne de rugby et leur démarche pataude que leur surnom en Angleterre est « water bear » ou en bon français « ourson d’eau ». Notons que leur corps est recouvert d’une cuticule, sorte de couche protectrice composée de chitine, de protéines et de mucopolysaccharides.

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British Antarctic Expedition, 1907-9, under the command of Sir E.H. Shackleton, c.v.o. (https://doi.org/10.5962/bhl.title.22427)

Ils sont présents partout sur la planète aussi bien sur terre que sur mer et peuvent se nourrir aussi bien de végétaux que d’autres animaux. Pour cela ils se servent de leurs stylets buccaux, sorte de seringues, pour perforer la paroi de leur proie et pomper le contenu. Les espèces carnivores vont s’attaquer à des nématodes ou à des rotifères (des petits animaux aquatiques). Mais d’autres tardigrades se nourrissent de déchets organiques comme l’humus ou les sédiments.

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Un as de la survie

Mais ce qui fait la célébrité du tardigrade, ce sont ces extraordinaires capacités de résistance aux conditions extrêmes. Avant d’aller plus loin, rappelons que ça ne fait pas de lui un organisme extrêmophile. Les tardigrades ne vivent pas nécessairement dans des conditions mortelles pour les autres organismes, mais ils peuvent y survivre. Ce qui soulève la question « pourquoi de telles capacités ? », mais nous y reviendrons plus tard.

Pour en revenir aux tardigrades, sachez qu’ils peuvent résister au vide de l’espace comme à des pressions de 1200 atmosphères (soit la pression dans la fosse des Mariannes à 11 km sous la mer), au zéro absolu (c’est-à-dire -273,15 °C) comme à des températures de 150 °C, ou encore à des doses de radioactivité létales pour un être humain (entre 5000 et 6200 Gray, quand 5 Gray peuvent tuer un homme). Bref, vous l’aurez compris, le tardigrade c’est un peu le Hulk de la nature ! Sauf qu’il n’a pas besoin de s’énerver, qu’il n’est pas immense, pas super fort et pas vraiment vert… mais bon, il est quasi increvable quand même !

« Mais comment ça se fait père Tardi ? » me demanderez-vous. Et bien, il y a plusieurs mécanismes qui permettent une telle résistance. Déjà, chez le tardigrade pas de problèmes de rétention d’eau puisque ce dernier est capable d’expulser jusqu’à 99 % de celle contenue dans son corps ! Puis il va se ratatiner sur lui-même et  rentrer dans un état de vie ralentie en attendant des jours meilleurs. Comme nous après une journée pourrie où l’on rentre chez soi et que l’on s’enfouit sous sa couette (on l’a tous fait, ne niez pas).

Hypsibiusdujardini_Willow Gabriel, Goldstein Lab
Hypsibius dujardini au microscope électronique à balayage.

Ce phénomène particulier s’appelle la cryptobiose. Ce processus biologique, qui existe chez d’autres groupes d’animaux, permet la suspension du métabolisme à tel point que le tardigrade peut survivre dans cet état pendant des milliers d’années ! Le plus fort dans tout ça, c’est qu’il suffit de leur remettre de l’eau, et ils reviennent à la vie.

Gènes, protéines et survie

Plusieurs études récentes ont levé un peu le voile sur ces mécanismes. Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que la survie des tardigrades en absence d’eau était permise grâce à un sucre : le tréhalose. Celui-ci jouerait un rôle de protection en se figeant dans le cytoplasme des cellules, protégeant ainsi les structures cellulaires et les organites. Mais la présence de ce sucre n’a pas été confirmée chez un grand nombre d’espèces de tardigrades, ce qui le met hors jeu.

Dans une étude parue dans la revue Molecular Cell en mars 2017, des scientifiques ont mis en évidence l’existence d’une catégorie de molécules particulières chez nos petites bêbêtes adorées : les protéines intrinsèquement désordonnées (PID ou TDP chez le tardigrade pour tardigrade-specific intrinsically disordered proteins). Contrairement à la plupart des autres protéines, elles ne possèdent pas de structure tridimensionnelle fixe.

Lors d’une dessiccation (un mot savant pour dire la perte d’eau ; pas facile à caser au Scrabble), les TDP sont produites en grande quantité chez de nombreuses espèces de tardigrades étudiées. Pour confirmer leur hypothèse, les biologistes ont bloqué l’expression de ces protéines, et les tardigrades n’ont pas survécu à la dessiccation. L’explication serait que grâce à leur grande malléabilité, ces protéines protégeraient les cellules de la perte d’eau.

Par ailleurs en 2016, une équipe japonaise a séquencé entièrement le génome de deux espèces de tardigrades Ramazzottius variornatus et Hypsibius dujardini. Ils ont alors découvert une protéine nommée Dsup (pour Damage suppressor) qui protégerait l’ADN des dommages causés par des radiations et  en partie également du stress oxydatif (eh oui, même les cellules connaissent ça…). Ces deux actions combinées permettent ainsi à l’ADN du tardigrade de résister aux effets des radiations.

Bien entendu, toutes les espèces de tardigrades ne possèdent pas les mêmes aptitudes pour faire face à ses conditions extrêmes. Certaines supportent mieux la déshydratation, d’autres sont plus radiotolérantes, etc.

Une origine extraterrestre ?

Si l’on résume un peu, on a des bestioles qui vivent dans des conditions somme toute normales, mais qui peuvent survivre à une sortie dans l’espace, à des températures extrêmes, à la dessiccation, à de très fortes pressions. Donc, nous en revenons en à notre question posée plus haut : « Pourquoi de telles capacités de résistances ? »

Une hypothèse serait que les tardigrades seraient des animaux venus d’un autre monde sur le dos des comètes ! Leurs aptitudes serviraient à survivre aux voyages intersidéraux avant d’arriver sur une planète favorable. Alors, est-ce vrai ? Nul ne peut le dire avec certitude. Mais personnellement, une autre hypothèse me semble plus probable.

Une étude de 2015, parue dans la revue PNAS, annonce que chez l’espèce Hypsibius dujardini (aucun lien de parenté avec l’acteur), 17,5 % de son génome proviendrait de gènes de bactéries, archées, plantes, champignons ou encore de virus. Comment est-ce possible ? Eh bien grâce à un phénomène appelé « transfert horizontal de gène » ! Le nom n’est pas super vendeur je vous l’accorde, mais il n’en est pas moins important en biologie.

Pour faire simple, il s’agit du passage de fragment d’ADN d’un organisme vers un autre sans que ce dernier soit son descendant. Une espèce peut alors intégrer des fragments d’ADN qui ne lui appartiennent pas. C’est le cas chez les bactéries qui peuvent par différents mécanismes, que nous ne détaillerons pas ici parce que cet article est déjà long, acquérir des gènes de résistances aux antibiotiques par exemple.

Dans le cas d’H.dujardini, les scientifiques proposent que ces échanges soient le résultat de sa capacité à dessécher et de revenir à la vie une fois qu’ils sont réhydratés. En effet, lorsque se produit cette dessiccation, l’ADN se décompose en petits fragments ; et lorsque les cellules se réhydratent, leurs noyaux sont plus perméables et peuvent laisser passer de l’ADN et d’autres molécules. Ce mécanisme aurait pour conséquence un mélange entre génomes.

Bien entendu, il s’agit d’un processus très aléatoire, puisqu’il faut que le gène s’insère dans sa totalité, au bon endroit, que l’animal survive et transmette son nouveau patrimoine. Mais la vie et le hasard font bon ménage, sinon nous ne serions pas là. En tout cas cette étude montre que ces échanges sont non seulement possibles, mais aussi plus fréquents que ce que l’on supposait au départ. Au final, l’espèce H.dujardini est à ce jour l’organisme sur terre avec le plus d’ADN étranger dans son génome

Quand je vous disais que les tardigrades sont extraordinaires !

tardigrade même

Bibliographie :

Une émission de radio de France Culture sur ce merveilleux animal !

Pour tout ce qui est classification et biologie :

http://eol.org/pages/3204/overview

https://sites.google.com/site/tardigradeportfolio/evolution-and-classification

https://www.universalis.fr/encyclopedie/tardigrades/

http://animaldiversity.org/accounts/Tardigrada/

Pour les gens qui aiment les livres :

G. Lecointre et H. Le Guyader, Classification phylogénétique du vivant, tome 2, 4e édition, éditions Belin, 2017

Des articles sur les tardigrades en général :

https://www.livescience.com/57985-tardigrade-facts.html

http://www.bbc.com/earth/story/20150313-the-toughest-animals-on-earth

https://fr.wikipedia.org/wiki/Tardigrada

http://www.apophtegme.com/ANIMALIA/tardigrade.htm

Voyages dans l’espace, résistances et gènes :

https://www.nature.com/articles/s41598-017-05796-x

https://www.nature.com/articles/ncomms12808

https://www.pourlascience.fr/sd/biologie-animale/les-tardigrades-survivants-de-lextreme-6667.php

https://www.pourlascience.fr/sd/biologie-animale/un-super-pouvoir-des-tardigrades-elucide-12560.php

http://www.gurumed.org/2015/11/28/le-super-rsistant-tardigrade-dispose-du-plus-grand-nombre-de-gnes-ne-lui-appartenant-pas/

http://www.lemonde.fr/sciences/article/2017/07/31/l-adn-revele-les-secrets-du-tardigrade-resistant-supreme_5167103_1650684.html

https://www.science-et-vie.com/nature-et-enviro/le-tardigrade-champion-de-la-survie-possede-une-proteine-capable-de-reparer-l-adn-humain-7134

https://www.sciencesetavenir.fr/animaux/on-a-perce-le-secret-des-super-pouvoirs-du-tardigrade_112045

https://www.franceculture.fr/sciences/tardigrade-ces-super-pouvoirs-dont-vous-ne-verrez-jamais-la-couleur

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5492148/

http://www.pnas.org/content/early/2015/11/18/1510461112.abstract