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Observation Microscopique

Observation Microscopique - Tardigrade


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Enfin! C'est pas trop tôt! Après l'avoir teasé dans la première vidéo de la série Observation Microscopique

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…puis l'avoir annoncé comme choix entre bestioles pour une prochaine vidéo (dans un combat déloyal contre une artémie… alors que certains l'auraient plus volontiers opposé à un rat-taupe nu), le voici enfin dans toute sa microscopique gloire: le tardigrade!

Sommaire:

Protocole de collecte et d'observation
Portraits de tardigrades
Anatomie
Cryptobiose
Comment tuer un tardigrade?
La sexualité des tardigrades
Les œufs des tardigrades

Alors vous vous plaignez peut être du temps qu'il a fallu pour que Dr Nozman publie sa vidéo de tardigrade mais imaginez-vous un peu: moi j'attendais cette observation depuis la rédaction d'un article que j'avais écrit avant même la création de ce blog! (Qui a dit 'au Jurassique’?). L'occasion du coup de faire oublier ce billet antédiluvien et de rendre ses lettres de noblesses à ces colossales minusculosités.

Il faut dire que l'observation de tardigrades, sans être impossible, présente son lot d'obstacles. Malgré le fait qu'il existe plus de 1000 espèces de tardigrades et qu'on en trouve un peu partout si tant est qu'ils puissent trouver de l'eau (on a trouvé des espèces de tardigrades Himalayennes, peuplant les sources thermales japonaises, dans les abysses et en Antarctique), leur petite taille et leur propension à s'attacher fermement aux mousses et végétaux qui les abritent, font qu'ils sont particulièrement difficiles à collecter et donc observer. Il faut notamment connaitre les mousses, sphaignes et hépatiques qu'ils affectionnent… Heureusement pour nous, l'Université Paris 7 Denis Diderot regorge de spécialistes, dont Sylvie Meyer qui en connait un rayon en mousse (on dit qu'elle est fine bryologue quand on a du style). Ayant récolté plusieurs types de mousses et hépatiques pour un TP, je lui en ai emprunté une partie pour nos observations. C'est d'ailleurs dans une de ces mousses que nous avons découvert les acariens de la première vidéo. Lors de notre première session, j'avais mis les mousses directement sous la loupe binoculaire… mais n'ai malheureusement retrouvé aucun tardigrade… C'est qu'il faut suivre un protocole de collecte un peu plus rigoureux!
Ainsi, la veille de notre seconde session, j'ai suivi les instructions de ce protocole (cliquez sur l'image):

How to Find and Care for a Pet Tardigrade ( Water Bear )
et de cette vidéo:

En gros, il faut imbiber nos mousses dans de l'eau distillée pendant une nuit, puis récolter dans une petite boite de Petri l'eau de mousse qu'on aura pressée. Cela permet de s'assurer que tous les tardigrades sont bien hydratés, et qu'ils nagent dans l'eau (pour les voir se réveiller après réhydratation, suivez le lien ici). Ils ont en effet la propension à se ratatiner sur eux même à la moindre menace de sècheresse (de dessiccation, quand t'as des vocab' skillz). Une fois le jus de mousse récolté, et bien… il faut chercher… On était 3 sur le coup à observer boites de Petri sur boites de Petri, à s'exclamer à la vue du moindre bestiau ressemblant à un tardigrade… Généralement, nos exclamations étaient suivies de soupirs puis de :"Rho, non, c'est un bout de feuille… c'est un rotifère… c'est mon cil…". Et alors que j'avais annoncé que je devais partir pour un rendez-vous avec Wonderful Wife™ et ranger toutes les affaires, je suis pas peu fier d'avoir été celui qui a trouvé le tardigrade de la vidéo. Je l'ai ensuite prélevé pour le mettre entre lame et lamelle pour une observation avec un microscope plus puissant et on a obtenu des images de guedin (inutile de dire que je suis arrivé complètement à la bourre à mon rendez-vous…). Mais c'est pas le tout d'observer un tardigrade, maintenant va falloir apprendre des choses sur eux!

Mais, il est clair que les tardigrades sont déjà devenus, depuis un certain moment, des stars du web, où on loue leur badassitude et où alternativement on s'émoie de leur côté Kawaï (j'ai par exemple offert une peluche Tardigrade à ma filleule):

Peluche tardigrade, weirdbuglady
Et en se paumant sur internet, on peut trouver ça aussi:

img_gesuiimg_junior
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Shirotardy


Mais ce genre de notoriété entraine également dans son sillage de nombreuses idées reçues. Je suis certain par exemple que certains d'entre vous se demandent pourquoi nous n'avons pas été en mesure de capturer des images de cet acabit:

1
Et bien c'est parce que ce sont des images de synthèse et non de véritables observations! Le gif précédent est ainsi tiré de la nouvelle série Cosmos narrée par Neil deGrasse Tyson dont voici un extrait.

Et voici une autre vidéo avec de belles images de synthèse de tardigrades:

Mais pour réaliser leurs images, les animateurs ne se sont pas inspirés d'images acquises avec un simple microscope optique mais avec un microscope électronique à balayage. Ce genre de microscope fournit de belles images en relief mais nécessite que l'échantillon soit fixe et recouvert d'une pellicule de métal (peu propice pour gambader ensuite, donc). Et à la fin on obtient de belles images en nuances de gris:

Tardigrade au MEB, Ralph O Schill
Tout comme pour des photographies en noir et blanc, ces images peuvent ensuite être artificiellement colorisées, comme ici:

Tardigrade au MEB
Tardigrade au MEB
Tardigrade au MEB
Tardigrade au MEB
Donc on est bien d'accord, c'est giga impressionnant comme images, mais malheureusement, c'est trompeur car on s'attend ensuite à découvrir les même à travers les oculaires d'un microscope classique. Et ce genre de confusions et d'imprécisions sont légions concernant les tardigrades: ils sont par exemple fréquemment évoqués au masculin singulier (le tardigrade) ce qui ne permet pas de se rendre compte de leur étonnante diversité comme en témoignent ces quelques microphotographies de spécimens de tardigrades appartenant à des espèces différentes et aux morphologies variées:

Archechiniscus biscaynei Miller et al 2012Echiniscus testudoFlorarctusMacrobiotus hufelandiRamazzottius oberhaeuseriTardigradeActinarctus doryphorus ocellatus Persson et al 2013
Les photographies des tardigrades étant assez rares, on doit souvent se rabattre sur des illustrations, comme celle-ci représentant les espèces Echiniscus virginicus, Hypsibius dujardini et Isohypsibius lunulatus:

Echiniscus virginicus, Hypsibius dujardini, the subject of recent studies, and Isohypsibius lunulatus, Rachel Koning
Et encore, on ne fait qu'effleurer leur funkitude: Matez moi ces 5 autres espèces (1. Richtersius coronifer 2. Milnesium tardigradum 3. Echiniscoides sigismundi 4. Echiniscus testudo 5. Tanarctus bubulubus)!

1. Richtersius coronifer; 2. Milnesium tardigradum; 3. Echiniscoides sigismundi ; 4. Echiniscus testudo; 5. Tanarctus bubulubus
Et je vous présente pour finir la collection "tardigrade arbre de noël", loupiotes et guirlandes incluses:

Neostygarctus acanthophorus, Actinarctus doryphorus et Tanarctus arborspinosus

Chez certaines espèces comme Halobiotus crispae, on observe une diversité de morphologie au cours de la vie du tardigrade qui change d'apparence durant un processus saisonnier qu'on nomme la cyclomorphose:

Cyclomorphose chez Halobiotus crispae 

A mon grand bonheur, on trouve même des espèces tardigrades parasites, comme Tetrakentron synaptae représenté ci-dessous et dont les femelles parasitent l'épiderme du concombre de mer Leptosynapta galliennei (comme si les concombres de mer en avaient pas déjà plein le cul des parasites…):

Tetrakentron synaptae 
Malgré cette grande diversité, on reconnait un plan d'organisation systématique chez les tardigrades: un corps grosso-modo séparé en 5 parties boudinées avec 4 paires de pitites papattes munies d'adorables petites griffounettes (la terminologie en vogue chez les tardigradologues). Leur locomotion assez lente et pataude leur a d'ailleurs valu leur nom qui signifie en latin "marcheurs lents".
Sous leur adorable capot (formé d'une cuticule chitineuse), l'organisation reste simple : une bouche munie de stylets pour collecter les aliments, un système nerveux ventral comme tout bon protostomien qui se respecte, des muscles qui s'enchevêtrent dans tous les sens pour gigoter et de quoi stocker les œufs pour madame et les spermatozoïdes pour monsieur. Pas de système vasculaire et respiratoire par contre, les gaz passant librement à travers la cuticule dans des fluides brassés par des contractions musculaires internes. Comme tout bon ecdysozoaire, les tardigrades grandissent en se séparant de leur cuticule par mues successives (ecdysozoaires signifiant "animaux à mues").

Anatomie d'un tardigrade
Mais à bien y regarder, de nombreux spécialistes ont trouvé que l'organisation interne des tardigrades, notamment de leurs ganglions nerveux, était un peu bizarre. En les comparant à des groupes d'ecdysozoaires proches comme les arthropodes (les animaux qui muent, certes, mais qui ont des pattes articulées - araignées, crustacés, mille-pattes, insectes, etc.), on peut voir une ressemblance assez étrange entre l'organisation des ganglions du corps complet des tardigrades avec ceux restreints à la tête de la plupart des arthropodes. En gros, cela donne l'impression qu'il manque le reste du corps classique des arthropodes chez les tardigrades, comme s'ils n'étaient que de petites têtes ambulantes.
Alors, dit comme ça, on peut croire d'emblée à un bon fumage de joint dans la communauté des tardigradologues… Mais en comparant la morphologie de tardigrades avec de proches cousins, comme les onychophores, l'idée peut faire son chemin…

Phylogénie de panarthropodes

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Surtout si on se focalise sur la tête de ces drôles de bestiaux:

Tête d'onychophore (2)
Tête d'onychophore
Remarquable comme ressemblance, non? (Et fun fact, l'espèce d'onychophore représentée plus haut s'appelle Eoperipatus totoro en hommage au chat-bus apparaissant dans le film des studio Ghibli):

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Mais pour s'assurer qu'on ne dit pas de conneries, il vaut mieux avoir un moyen de comparer l'identité des segments constituant le corps de ces différentes espèces. Ben ça tombe plutôt pas mal parce que certains gènes, appelés gènes Hox, permettent justement la mise en place de l'identité des différents segments au cours du développement de la plupart des animaux. En gros les gènes hox sont déployés dans les segments en formation, avec des gènes hox spécialisés dans la caractérisation de segments de la tête ou près de la tête, d'autres spécialisés dans les segments près des fefesses et d'autres déployés de manière ordonnée pour la mise en place de segments intermédiaires.
Caractériser le déploiement de ces gènes Hox (ce qu'on appelle l'expression des gènes) a permis de comparer l'identité des segments de nombreux animaux et de remarquer des similitudes frappantes, même entre les vertèbres d'une souris et les segments d'une mouche!

gènes hox
Du coup des chercheurs de Caroline du Nord ont réalisé la comparaison entre ce qu'ils ont trouvé chez une espèce de tardigrade et ce qui était déjà étudié chez les onychophores et d'autres animaux comme des mille-pattes ou des vers marins. Et comme un bon schéma vaut mieux qu'un long discours:

Figure 4
Non seulement ces chercheurs n'ont trouvé qu'un petit nombre de gènes Hox chez les tardigrades, mais ils ont découvert que ceux-ci se déploient comme des gènes Hox des segments proches de la tête chez d'autres espèces, sauf un, Abd-B, retrouvé plutôt exprimé dans la région du popotin. Par contre, plus de traces de gènes de segments intermédiaires!
Cela suggère donc qu'au cours de l'évolution, le groupe des tardigrades aurait utilisé une méthode plutôt drastique de régime minceur et qu'il se serait bricolé une anatomie en se foutant littéralement la tête dans le cul.
Du coup, grâce à la Science, on peut finalement répondre à ce dilemme particulièrement épineux: comment les tardigrades peuvent-ils porter un pantalon!

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Au vu de l'expression des gènes Hox, c'est bien entendu l'image en haut à droite qu'il faut choisir!

Ben voilà, à force de se payer leur tronche et de dire que les tardigrades ne sont que des grosses têtes ambulantes, voilà qu'ils se mettent à bouder…

Tardigrades en cryptobioses
Car oui, les deux belles structures iridescentes que vous voyez ici sont bel et bien deux tardigrades, mais en mode rabougri de l'extrême: ils sont entrés dans ce qu'on appelle un état de cryptobiose et c'est justement cet état qui rend les tardigrades quasiment indestructibles. Au microscope électronique à balayage, c'est très impressionnant:

Tardigrade en cryptobiosejpg
Tardigrade en Cryptobiose 
A  vrai dire, les tardigrades adoptent cet état essentiellement pour éviter de dessécher, vivant sur des végétaux qui subissent également ce genre de stress hydrique. La survie des mousses à l'absence d'eau est réalisée grâce à un processus appelé poïkilohydrie. Chez les tardigrades, on parle plutôt de cryptobiose, mais au final, le processus suit les mêmes grandes lignes: on perd un maximum d'eau et le reste se fige pour diminuer les chances de pertes, altérations et brisures.


Et il s'avère que ce genre de stratégie permet de faire face à tout plein de milieux inhospitaliers: des milieux secs, mais aussi des milieux très froids, très chauds, des milieux où règnent une pression importante, des radiations ou encore le vide intersidéral…
En étudiant d'un peu plus près le peu de contenu qui se cache sous ses cuticules rabougries, des chercheurs ont découvert que le peu de fluide restant s'organisait tel du verre biologique. Les tardigrades produiraient en effet des protéines capables de s'organiser en verre et de protéger ainsi le reste des protéines et constituants des cellules qui doivent rester intact au moment du réveil de la bestiole.
Et c'est terriblement efficace, même sur la durée: une équipe japonaise a récemment démontré que des tardigrades de l'espèce Acutuncus antarcticus récoltés congelés en Antarctique en 1983 avaient pu être ramenés à la vie, près de 30 ans plus tard. Mieux, ces tardigrades de l'extrême se sont même reproduits et leurs œufs ont éclos avec succès!


Acutuncus antarcticus
Mais alors, les tardigrades sont-ils indestructibles? Et bien pas vraiment… Prenez-en un sous sa forme libre et écrabouillez les entre deux doigts: il ne s'en remettra pas… Cependant c'est une mise à mort assez ridicule et sans imagination. En cherchant bien, on peut trouver carrément plus subtil et pervers, car comme pratiquement toute forme de vie sur cette planète, les tardigrades ne sont pas à l'abri de parasites. En l'occurrence, le parasite qu'ils redoutent probablement le plus est un champignon de la famille des entomophthorales (littéralement "tueur d'insectes"… mais qui peut tout à fait affecter des vers, des acariens… et même des tardigrades): Ballocephala sphaerospora.
A la manière des champignons cordyceps qui parasitent de nombreux arthropodes, Ballocephala sphaerospora puisent ses ressources dans les fluides de l'animal qu'il parasite. Sa colonisation commence par une spore qui se fixe sur la cuticule de sa victime. En germant, un tube s'introduit à travers la carapace et croit à l'intérieur du corps en se séparant en plusieurs branches entrecroisées : des hyphes.

Tardigrade rempli des hyphes du champignon parasitaire Ballocephala
Une fois toutes les ressources puisées, le champignon ressort de la carcasse en portant de nouvelles spores prêtes à s'insérer sur un autre tardigrade de passage.

Ballocephala
Ce serait un petit peu dark de finir sur ce cadavre de tardigrade alors passons à un sujet un peu plus sexy: comment baisent les oursons d'eau? La plupart des espèces de tardigrades ont deux sexes bien différenciés, mâles et femelles, les femelles étant notamment reconnaissables aux énormes œufs qu'elles portent en elles dans leurs ovaires:

Hypsibius dujardini avec oeufs, Goldstein Lab 
Certaines espèces de tardigrades sont exclusivement de sexe féminin, celles-ci se reproduisant de manière asexuée, par parthénogenèse.

Pas de parties de 8 jambes en l'air chez les tardigrades qui se reproduisent de manière sexuée par contre… La fécondation est le plus souvent réalisée de manière indirecte c'est à dire que le mâle va juste asperger les œufs de ses spermatozoïdes. Ces œufs sont d'ailleurs souvent déposés par la femelle après une mue, ce qui permet de les protéger avec la vieille cuticule dont vient de se débarrasser la femelle:

Hypsibius dujardini
Ici on voit par exemple un mâle se glisser dans une vieille cuticule de femelle à la recherche d'œufs à féconder.

Reproduction de tardigrade 
Chez d'autres espèces de tardigrades, la femelle dépose les œufs sur des débris végétaux, qui seront ensuite aspergés par la semence du mâle. Un œuf de tardigrade libre, ça ressemble grosso modo à ça:

Oeuf de tardigrade
Mais comme pour leur morphologie externe, les tardigrades se distinguent par une impressionnante diversité de formes d'œufs, notamment au niveau des ornementations que ces œufs portent à leur surface:

Oeuf de tardigradeOeuf de tardigradeOeuf de tardigradeOeuf de MacrobiotusOeuf de tardigrade
Et comme précédemment, observer ces œufs au microscope électronique à balayage, c'est s'assurer un fantastique spectacle pour les yeux:

Oeuf de tardigradeOeuf de tardigradedétail d'Oeuf de tardigradeOeuf de tardigradeOeuf de tardigradeOeuf de Macrobiotus richtersiOeuf de Richtersius coronifer 
Les hypothèses abondent quant à la fonction de ces ornementations (défense, respiration, fixation sur le substrat…) mais peu ont été testées. Toujours est-il que, à l'instar des tardigrades adultes, en plus de posséder une morphologie particulièrement choupi et curieuse, les œufs de tardigrades sont super résistants.
Comme quoi on ne fait pas de tardigrade sans être incapable de casser leurs œufs (ce pitoyable mot de la fin vous a été offert calembourland…).

Liens:
Goldstein Lab
Tardigrades Newsletter
Tardigrades: Bears of the Moss
Das Bätierchen Journal
Article Inkfish
Article American Scientist
Article Surround Science
Article Bogleech
Article The Artful Amoeba
Article Futurity
Article Science Alert
Article Parasite of the day
Article Featured creature
Article Science in the Clouds

Références:
Drechsler, C. (1951). An entomophthoraceous tardigrade parasite producing small conidia on propulsive cells in spicate heads. Bulletin of the Torrey Botanical Club 78: 183-200. DOI: 10.2307/2481973
Goldstein, B., & Blaxter, M. (2002). Tardigrades. Curr Biol, 12(14), R475.  DOI: 10.1016/S0960-9822(02)00959-4
Guidetti R., Altiero T. & Rebecchi L. (2011). On dormancy strategies in tardigrades, Journal of Insect Physiology, 57 (5) 567-576. DOI: 10.1016/j.jinsphys.2011.03.003
Jönsson K.I., Rabbow E., Schill R.O., Harms-Ringdahl M. & Rettberg P. (2008). Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit, Current Biology, 18 (17) R729-R731. DOI: 10.1016/j.cub.2008.06.048
Maderspacher, F. (2016). Zoology: The Walking Heads. Curr Biol, 26(5), R194-197. doi: 10.1016/j.cub.2016.01.060
Persson, D., Halberg, K. A., Jørgensen, A., Ricci, C., Møbjerg, N., & Kristensen, R. M. (2011). Extreme stress tolerance in tardigrades: surviving space conditions in low earth orbit. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 49, 90-97. doi: 10.1111/j.1439-0469.2010.00605.x
Smith, F. W., Boothby, T. C., Giovannini, I., Rebecchi, L., Jockusch, E. L., & Goldstein, B. (2016). The Compact Body Plan of Tardigrades Evolved by the Loss of a Large Body Region. Curr Biol, 26(2), 224-229. doi: 10.1016/j.cub.2015.11.059
Tsujimoto, M., Imura, S., & Kanda, H. (2016). Recovery and reproduction of an Antarctic tardigrade retrieved from a moss sample frozen for over 30 years. Cryobiology, 72(1), 78-81. doi: 10.1016/j.cryobiol.2015.12.003

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