Sous une hypergravité écrasante, les mouches s’adaptent et récupèrent

Jules Bernstein

Exposer un animal à un stress physique extrême, et l’attente est simple : il va céder. Mais lorsque des scientifiques de l’UC Riverside ont soumis des drosophiles à des forces plusieurs fois supérieures à la gravité terrestre, une condition appelée hypergravité, les insectes ont fait quelque chose d’inattendu. Ils ont survécu. Ils se sont même accouplés et reproduits. Leurs mouvements et comportements ont changé radicalement, puis, avec le temps, ils ont récupéré.

Ces résultats, détaillés dans un nouvel article publié dans le Journal of Experimental Biology, soulignent une résilience surprenante dans la manière dont le corps réagit à des environnements à haute gravité, comme ceux rencontrés par les pilotes de chasse ou par les astronautes lors de la rentrée dans l’atmosphère terrestre.

Même après plus de six décennies de vols spatiaux habités, des lacunes persistent dans la compréhension des effets des environnements à haute gravité sur le corps. En faisant tourner des mouches dans une centrifugeuse pour simuler l’hypergravité, les chercheurs ont découvert non seulement des effets sur le mouvement des mouches, mais aussi une capacité d’adaptation et de récupération qui pourrait s’étendre à d’autres espèces.

L’étude a commencé par une question fondamentale : « Comment la gravité façonne-t-elle le mouvement ? » a déclaré Sushmita Arumugam Amogh, doctorante en neurosciences à l’UCR et première auteure de l’article.

Alors que la plupart des recherches se sont concentrées sur la microgravité, les conditions de quasi-apesanteur que les astronautes connaissent dans l’espace, ce travail regarde dans la direction opposée, vers une force gravitationnelle extrême. Comprendre à la fois l’apesanteur et l’hypergravité pourrait aider à découvrir les mécanismes fondamentaux par lesquels la gravité affecte la biologie, en particulier le mouvement et l’utilisation de l’énergie.

Pour observer les effets de l’hypergravité, les chercheurs se sont tournés vers des drosophiles communes, disponibles dans le commerce. Les insectes ont été placés dans une centrifugeuse sur mesure, un dispositif rotatif qui simule une force gravitationnelle accrue.

« La centrifugeuse est comme un manège, a déclaré Arumugam Amogh. Plus vous allez vite, plus vous vous sentez tiré vers l’extérieur. C’est ça l’hypergravité. »

Pour suivre les changements de mouvement après l’exposition à cette force, l’équipe a surveillé en continu l’activité des mouches à l’aide de capteurs infrarouges, enregistrant chaque fois qu’une mouche traversait un faisceau à l’intérieur d’un tube étroit. Les chercheurs ont également testé le comportement d’escalade, connu sous le nom de géotaxie négative, qui est la tendance naturelle des drosophiles à se déplacer vers le haut contre la gravité.

Au début, les résultats semblaient contre-intuitifs.

« Lorsque les mouches ont subi quatre fois la gravité terrestre, ou 4G, pendant 24 heures, elles sont devenues hyperactives, a déclaré Ysabel Giraldo, professeure adjointe d’entomologie à l’UCR et co-auteure de l’article. Mais à des niveaux plus élevés de 7G, 10G et 13G, le schéma s’est inversé : au lieu de devenir hyperactives, les mouches sont devenues moins actives, et elles n’ont pas grimpé autant. »

Ensuite, les chercheurs ont voulu tester combien de temps l’exposition à l’hypergravité continuerait d’affecter les mouvements des mouches. Cette fois, ils ont exposé les mouches pendant 24 heures, puis ont surveillé leur comportement pendant le reste de leur vie.

Dans le groupe 4G, les mouches ont été hyperactives pendant environ sept semaines, soit la majeure partie de leur durée de vie, puis sont progressivement revenues à la normale. À 7G, les mouches sont devenues moins actives, mais elles aussi ont finalement retrouvé des niveaux d’activité normaux. Bien que les effets sur le comportement aient été différents, la résilience était évidente dans les deux groupes.

Ces résultats suggèrent que le cerveau pourrait faire des compromis énergétiques. Des augmentations modérées de la gravité semblent pousser les animaux à bouger davantage, peut-être pour répondre à des demandes énergétiques plus élevées. Sous des forces gravitationnelles plus extrêmes, le coût du déplacement devient trop élevé, et le système se tourne plutôt vers la conservation de l’énergie.

« Nous pensons que ce que nous voyons, c’est que la gravité alimente directement la prise de décision du cerveau concernant l’utilisation de l’énergie et le mouvement, a déclaré Arumugam Amogh. Elle aide à déterminer s’il faut agir ou conserver de l’énergie. »

En accord avec cela, des réponses dynamiques ont également eu lieu à l’intérieur du corps. Le stockage des graisses a augmenté peu après l’exposition, puis a diminué à mesure que les mouches devenaient plus actives et utilisaient plus d’énergie. Le mouvement et le métabolisme semblaient étroitement liés, évoluant ensemble en réponse au stress.

Ce qui distingue cette étude, ce n’est pas seulement la gamme de niveaux de gravité testés, mais aussi l’échelle de temps.

Les chercheurs ne se sont pas limités à une seule exposition. Ils ont testé plusieurs scénarios : seulement 24 heures d’hypergravité, puis une durée de vie entière d’environ 50 jours d’exposition de l’œuf à l’adulte, et enfin, l’hypergravité sur plusieurs générations. Dans une expérience, des mouches ont vécu, se sont accouplées et reproduites sous gravité élevée pendant 10 générations consécutives, ce qui signifie que chaque étape de la vie s’est déroulée dans ces conditions.

L’exposition à long terme et sur plusieurs générations a rarement été étudiée, mais cela offre une vision plus large de la façon dont les organismes font face à un stress physique soutenu. Si quelque chose, les résultats compliquent une hypothèse simple : que les environnements extrêmes ne causent que des dommages. Au lieu de cela, ils révèlent un système qui peut être poussé loin de son état normal et retrouver son chemin.

L’étude n’a pas pour but de reproduire exactement ce que vivent les astronautes, mais de comprendre comment la gravité régit l’énergie et le mouvement. La gravité, suggèrent les chercheurs, n’est pas simplement une condition de fond de la vie sur Terre. C’est un signal actif qui influence la façon dont les organismes se déplacent, comment ils utilisent l’énergie et comment ils se remettent du stress.

Avec des missions récentes comme Artemis II qui emmènent des astronautes lors de voyages plus longs vers la Lune et au-delà, et les futures missions Artemis visant à ramener des humains à la surface lunaire, comprendre comment le corps réagit aux forces gravitationnelles changeantes est de plus en plus important. Les perspectives d’études comme celle-ci pourraient aider à guider les stratégies pour protéger la santé des astronautes pendant les voyages spatiaux et la rentrée.

« Je pense que notre étude est vraiment opportune, a déclaré Giraldo. Le lien entre la gravité, la physiologie et l’utilisation de l’énergie deviendra de plus en plus important à comprendre à mesure que les voyages spatiaux sont sur le point de devenir plus courants à l’avenir. »

Article : Hypergravity exposure leads to persistent effects on geotaxis and activity in Drosophila melanogaster – Journal : Journal of Experimental Biology – DOI : Lien vers l’étude

Source : UCR