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Comprendre l’hibernation des spermophiles pour mieux voyager dans l’espace

Un spermophile rayé près de son terrier dans une prairie.

Un spermophile rayé (Ictidomys tridecemlineatus)

Photo : iStock

Radio-Canada

L’hibernation des spermophiles (écureuils terrestres) pourrait inspirer les futurs voyages dans l'espace, montrent les travaux du biologiste Matthew Regan, professeur adjoint de physiologie animale au Département de sciences biologiques de l'Université de Montréal (UdeM).

Les spermophiles sont des cousins des écureuils, qui vivent au sol dans des terriers et non dans les arbres. Également parents des marmottes et des chiens de prairie, mais plus petits, les spermophiles sont utilisés en physiologie animale pour étudier les mécanismes de l'hibernation.

Un spermophile rayé dans une prairie du Texas.

Un spermophile rayé dans une prairie du Texas.

Photo : iStock

Ces rongeurs, comme les ours, cessent de manger durant l’hiver et survivent jusqu'au printemps grâce aux réserves de graisse qu'ils emmagasinent durant les belles saisons.

Ce type de jeûne et d'inactivité prolongés devraient réduire considérablement la masse et la fonction musculaires de ces animaux hibernants, mais ils ne subissent pas ce sort. La façon dont ils l'évitent restait toutefois mystérieuse, explique un communiqué publié par l’UdeM.

C’était avant les travaux de Matthew Regan consacrés au spermophile rayé (Ictidomys tridecemlineatus) qui peuple les provinces des Prairies et certains États américains.

Son étude, publiée dans la revue Science (Nouvelle fenêtre) (en anglais), confirme la théorie du recyclage de l'azote uréique émise dans les années 1980 et elle pourrait avoir des répercussions sur la vie des astronautes dans l'espace.

Selon cette théorie, les hibernants exploitent une astuce métabolique de leurs microbiomes intestinaux pour recycler l'azote présent dans l'urée, un déchet habituellement excrété sous forme d'urine, et l'utiliser pour fabriquer de nouvelles protéines tissulaires, note le communiqué.

Repères

  • Le mot spermophile est tiré des mots grecs sperma, graine, et philos, qui aime
  • Lorsqu'ils sont en période de dormance, le rythme cardiaque du spermophile passe de 200 à 5 battements par minute. Ils ne respirent qu'une fois toutes les 5 à 10 minutes.

Les expériences de Matthew Regan ont été menées sur des spermophiles avec et sans microbiome intestinal à trois moments de l'année :

  • en été, lorsqu'ils étaient actifs et n'hibernaient pas;
  • au début de l'hiver, en hibernation depuis un mois, lorsqu'ils étaient à jeun;
  • à la fin de l'hiver, lorsqu'ils étaient à jeun et en hibernation depuis quatre mois.

Essentiellement, les résultats de l’étude montrent que les spermophiles dont le microbiome intestinal (composé de 100 000 milliards de bactéries) est intact récupèrent l'azote de l'urée durant l’hibernation.

Il est important de noter que les écureuils dont les microbiomes intestinaux étaient appauvris ne présentaient aucun signe de récupération de l'azote de l'urée, [...], ce qui confirme que ce processus dépend entièrement de la capacité des bactéries intestinales à dégrader l'urée, ce que les écureuils eux-mêmes ne peuvent pas faire, précise le chercheur.

Les travaux ont aussi permis d’établir que l'incorporation de l'azote uréique dans les protéines des tissus des écureuils est la plus élevée à la fin de l'hiver, ce qui laisse à penser que la récupération de l'azote uréique devient plus active à mesure que la saison d'hibernation avance.

De plus, les bactéries des intestins utilisent elles-mêmes l'azote de l'urée pour fabriquer de nouvelles protéines, ce qui leur est utile, car elles sont, comme leur hôte, dans des conditions d'hibernation.

Ainsi, l'écureuil et ses bactéries bénéficient tous deux de la récupération de l'azote uréique, ce qui fait de ce processus une véritable symbiose, poursuit le communiqué.

Cette réalité signifie que les écureuils sortent de l'hibernation au printemps en bonne forme, prêts pour la saison de reproduction.

« C’est une période d'activité physique intense pour les mâles et les femelles […]. La fonction des tissus, particulièrement celle des tissus musculaires, est donc très importante pour la réussite de la saison des amours. »

— Une citation de  Matthew Regan

Voyages spatiaux

Théoriquement, selon Matthew Regan, la confirmation de la théorie du recyclage de l'azote uréique pourrait aider les astronautes à minimiser leur perte musculaire causée par la suppression de la synthèse des protéines induite par la microgravité et qu'ils tentent actuellement de contrer par l’exercice intensif.

L'astronaute québécois David Saint-Jacques s'entraîne dans l'espace.

L'astronaute québécois David Saint-Jacques s'entraînant dans l'espace.

Photo : Radio-Canada

Si on trouve un moyen d'augmenter les processus de synthèse des protéines musculaires des astronautes en utilisant la récupération de l'azote de l'urée, leur condition musculaire pourrait se maintenir pendant les longs voyages dans l'espace lointain dans des vaisseaux spatiaux trop petits pour les équipements d'exercice habituels, explique le communiqué.

Comme nous savons quelles protéines musculaires disparaissent pendant les vols spatiaux, nous pouvons comparer ces protéines avec celles qui sont renforcées par la récupération de l'azote uréique pendant l'hibernation.

Encore du travail

Bien que théoriquement possible […] beaucoup de travail supplémentaire est nécessaire pour transposer ce mécanisme […] à l'humain, ajoute M. Regan. Le chercheur est quand même encouragé par les résultats d'une autre étude datant du début des années 1990 qui montrait que les humains sont capables de recycler de petites quantités d'azote uréique par ce même processus.

Cela suggère que le mécanisme nécessaire est en place. Il faut simplement l'optimiser, conclut le biologiste, qui poursuit ses travaux grâce à une subvention de l’Agence spatiale canadienne.

En plus des implications pour les voyages dans l'espace et la santé des astronautes, cette découverte pourrait avoir des répercussions sur Terre pour des centaines de millions de personnes qui souffrent d’une fonte de la masse musculaire en raison d’une sous-alimentation ou du processus de vieillissement.

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