En Sibérie, des nématodes extraits du pergélisol ont livré des indices rares sur la capacité du vivant à suspendre ses fonctions.
Ces travaux, menés à partir d’échantillons russes avec des équipes de recherche allemandes, sont relatés par l’Institut Max-Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique, un organisme scientifique allemand. Ils portent sur un animal microscopique resté immobilisé dans le froid depuis la fin du Pléistocène.
Des vers retrouvés à 40 mètres sous la surface
En 2018, des chercheurs de l’Institut des problèmes physicochimiques et biologiques en science des sols de l’Académie russe des sciences ont retrouvé deux nématodes dans le pergélisol sibérien. Ces vers ronds étaient enfermés dans un ancien terrier fossilisé, au sein de dépôts limoneux.
Le site se trouvait à 40 mètres de profondeur. Le matériau végétal prélevé dans ce terrier a fait l’objet d’une datation au radiocarbone. Le résultat situe l’âge des dépôts entre 45 839 et 47 769 ans. Selon les chercheurs, le sol n’avait pas dégelé depuis la fin du Pléistocène.
Après leur décongélation en laboratoire, les deux nématodes ont repris une activité. Une situation spectaculaire, qui ne signifie pas que tous les organismes enfouis dans le pergélisol peuvent résister à de telles durées. Elle met surtout en lumière une aptitude particulière de certains êtres vivants : la cryptobiose.
Les analyses indiquent que ces nématodes sont restés dans un état de vie suspendue pendant près de 46 000 ans.
Une espèce jusque-là inconnue
L’identification de l’animal n’a pas été immédiate. Les scientifiques disposaient d’images prises au microscope et de séquences génétiques servant à distinguer les espèces. Ces éléments ne suffisaient pas à établir avec certitude si le ver appartenait à une espèce déjà connue.
Des spécialistes de l’Institut de zoologie de l’université de Cologne ont alors rejoint le projet. Grâce à une analyse de parenté fondée sur les génomes, ils ont conclu qu’il s’agissait d’une nouvelle espèce. Elle a reçu le nom scientifique de Panagrolaimus kolymaensis, en référence à la région de la Kolyma, d’où provenaient les échantillons.
Les équipes de Dresde et de Cologne ont aussi assemblé un génome de haute qualité pour ce nématode. Ce travail permet d’étudier avec précision les gènes associés à sa résistance au froid, au manque d’eau et à l’immobilisation prolongée.
La cryptobiose, un état de survie extrême
La cryptobiose désigne un état dans lequel l’activité vitale devient presque indétectable. L’organisme réduit fortement son métabolisme face à des conditions incompatibles avec une vie active, comme le gel ou une dessiccation sévère.
Ce phénomène existe aussi chez certains tardigrades et rotifères. Chez les nématodes, il peut prendre différentes formes selon les espèces et leur stade de développement. L’animal ne poursuit alors ni sa croissance ni sa reproduction normale, mais il conserve la capacité de reprendre son activité lorsque le milieu redevient favorable.
- Le froid limite les réactions chimiques susceptibles d’endommager les cellules.
- La déshydratation préalable semble préparer l’organisme à supporter une congélation plus intense.
- Certains sucres peuvent aider à stabiliser les structures cellulaires lorsque l’eau disparaît ou gèle.
Le rôle central d’un sucre, le tréhalose
Pour comprendre le mécanisme en jeu, les chercheurs ont comparé le génome de Panagrolaimus kolymaensis à celui de Caenorhabditis elegans, un nématode très utilisé en biologie. Cette seconde espèce sert de modèle pour étudier le développement, le vieillissement et la réponse des cellules à leur environnement.
La comparaison a révélé que les deux vers partagent de nombreux gènes impliqués dans la cryptobiose. Les scientifiques ont notamment étudié la réponse des animaux à une déshydratation modérée avant leur congélation.
Cette préparation a amélioré leur survie à une température de -80 °C. Les deux espèces ont alors produit du tréhalose, un sucre présent chez de nombreux organismes. Les chercheurs estiment qu’il pourrait contribuer à protéger les cellules lors d’un gel profond et d’un assèchement important.
La déshydratation modérée avant la congélation a augmenté la survie des nématodes et favorisé la production de tréhalose.
Les larves de Caenorhabditis elegans ont elles aussi résisté à ce protocole : elles sont restées viables durant 480 jours à -80 °C, sans baisse observée de leur capacité à survivre ni à se reproduire après décongélation.
Ce que les chercheurs ont observé
Vamshidhar Gade, qui a participé aux travaux, rappelle que les mécanismes moléculaires et métaboliques utilisés par les organismes cryptobiotiques ne sont pas encore entièrement compris. La durée maximale pendant laquelle ces animaux peuvent maintenir cet état reste aussi une question ouverte.
Avec Teymuras Kurzchalia, il estime que les expériences montrent que Caenorhabditis elegans peut demeurer viable dans un état suspendu plus longtemps que ce qui avait été documenté auparavant. Les résultats suggèrent que les nématodes ont développé des mécanismes capables de préserver la vie sur des périodes géologiques.
Philipp Schiffer souligne que ces travaux aident à mieux comprendre l’évolution. Chez certains organismes, le temps séparant deux générations peut aller de quelques jours à des millénaires lorsqu’une phase de vie suspendue intervient. Des lignées qui auraient autrement disparu peuvent ainsi réapparaître lorsque les conditions changent.
La recherche française face aux milieux gelés
En France, l’étude des environnements polaires, des sols gelés et des organismes adaptés aux conditions extrêmes relève notamment de la recherche publique menée dans les universités et les grands organismes scientifiques. Les échantillons issus de milieux anciens font l’objet de protocoles stricts afin d’éviter leur contamination et de garantir la fiabilité des analyses.
Le pergélisol n’existe pas sur le territoire métropolitain à l’échelle des vastes étendues sibériennes. Les chercheurs français s’intéressent néanmoins aux régions arctiques et antarctiques, ainsi qu’aux écosystèmes de haute montagne. Ces milieux renseignent sur les effets du réchauffement climatique et sur les organismes capables de résister au froid prolongé.
Pourquoi le dégel du pergélisol suscite une vigilance scientifique
Le dégel des sols durablement gelés modifie les paysages et les écosystèmes. Il peut aussi remettre au contact de l’air, de l’eau et des êtres vivants des matières organiques très anciennes. L’enjeu scientifique ne se limite donc pas à la survie exceptionnelle d’un nématode : il concerne aussi la manière dont le vivant réagit quand des milieux restés isolés durant des millénaires se transforment.
L’étude du génome de Panagrolaimus kolymaensis doit permettre de comparer ses particularités avec celles d’autres espèces du même groupe. Pour Philipp Schiffer, analyser l’adaptation des espèces à ces environnements extrêmes peut aider à élaborer de meilleures stratégies de conservation face au réchauffement climatique.
