Les wallabies tammar femelles sont rarement, voire jamais, vraiment seules. Leurs grossesses durent presque exactement 12 mois – et quelques heures après l’accouchement, la plupart des marsupiaux peuvent être trouvés en train de s’accoupler encoreconcevant un autre embryon qu’ils pourraient finir par porter l’année suivante, à l’exception du seul jour où ils travaillent, accouchent et s’accouplent à nouveau.
Bizarrement, la plus grande partie du long séjour in utero de l’embryon se passe à peine à faire quoi que ce soit. Une fois qu’il atteint un état de 80 cellules, la largeur approximative de deux mèches de cheveux, il arrête sa croissance et, pendant 11 mois, « flotte juste », explique Jane Fenelon, biologiste de la reproduction à l’Université de Melbourne. C’est un bébé en dormance développementale, une grossesse que sa mère a mise en pause.
Pour la plupart des mammifères, les humains parmi eux, la fécondation commence un compte à rebours enrégimenté vers la naissance. Mais au moins 130 espèces ont trouvé des moyens de geler temporairement leur horloge gestationnelle et de retarder les parties les plus éprouvantes de la gestation, de la naissance et de la lactation jusqu’à « un moment optimal », explique Nucharin Songsasen, biologiste de la reproduction au Smithsonian’s Conservation Biology Institute. Ces animaux peuvent synchroniser l’arrivée de leur progéniture avec les saisons qui fourniront le plus de nourriture ; elles peuvent conserver leur propre énergie et éviter de trop dépenser pour des naissances intempestives. Ils peuvent même garder un embryon en attente au cas où une progéniture déjà née décèderait, ce qui relancerait une nouvelle grossesse sans avoir à s’accoupler à nouveau. Les corps de ces futures mères activent et désactivent efficacement la gestation – en quelque sorte, s’accordant un minimum de contrôle non seulement sur combien investir dans les enfants, mais quand.
Les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment ce phénomène, appelé diapause embryonnaire, fonctionne, à quel point il est courant, ou quand ou combien de fois il a évolué, mais ils essaient de le découvrir. Assembler ces pièces ne signifierait pas seulement résoudre l’un des plus grands casse-tête de la reproduction. Cela pourrait changer la façon dont les chercheurs abordent la conservation des espèces ; cela pourrait aider au développement de nouvelles technologies de procréation assistée chez l’homme. Il pourrait même un jour révolutionner le traitement du cancer, une maladie qui peut contrecarrer des thérapies puissantes en entrant dans une stase qui lui est propre.
La principale directive de tout embryon de mammifère est simplement de grandir. En quelques jours, semaines ou mois, une cellule doit devenir des milliards ou des billions, une course de développement frénétique qui est « vraiment une force de la nature », explique Hannele Ruohola-Baker, biochimiste à l’Université de Washington. « C’est contrôlé en interne, que l’embryon se développera, continuera, ne s’arrêtera pas. »
Du moins, c’est généralement comme ça que ça se passe. Au milieu des années 1800, des chasseurs européens ont découvert que les chevreuils femelles repérés en train de s’accoupler en été n’avaient pas d’embryons visibles dans leur abdomen avant décembre, un retard déconcertant. Un chercheur l’a attribué à un retard de développement; un autre a pensé que les rendez-vous estivaux du cerf avaient été une sorte de feinte reproductive, et que le véritable accouplement avait lieu secrètement à l’automne.
Ces deux notions étaient fausses. Le chevreuil, a finalement confirmé la communauté scientifique, étaient concevoir en été. Mais quelques jours seulement après la fécondation, leurs embryons ralentissaient leur croissance jusqu’à un arrêt quasi total pendant quatre ou cinq mois, repoussant la naissance au printemps suivant. Évolutivement, le retard a fait avoir du sens pour toutes les parties concernées : les biches pourraient s’accoupler pendant le rut, mais n’auraient pas à trouver les calories nécessaires à la lactation jusqu’à ce que la nourriture redevienne abondante ; pendant ce temps, la progéniture dans l’abdomen pouvait attendre dans un état précoce et nécessitant peu d’entretien jusqu’à ce que le monde redevienne hospitalier.
La découverte a choqué les scientifiques et s’est avérée n’être pas du tout unique. Dans les décennies qui ont suivi, toute une ménagerie de mammifères – parmi lesquels des blaireaux, des loutres, des tatous, des chauves-souris et des phoques – s’est avérée se reproduire avec des retards similaires. La durée, les signaux et même la fréquence des pauses diffèrent tellement d’une espèce à l’autre que le trait a probablement évolué indépendamment plus d’une fois, explique Jeeyeon Cha, biologiste de la reproduction au Vanderbilt University Medical Center. Certaines diapauses, comme celles des souris, ne durent que quelques jours et ne se déclenchent que si la mère allaite pour nourrir une progéniture déjà née ; d’autres, comme ceux du vison d’Amérique, s’étirent pendant des semaines et sont influencés par le flux et le reflux saisonniers de la lumière du jour. Les ourses noires femelles, qui ovulent à plusieurs reprises pendant la saison de reproduction, utilisent la diapause pour s’accoupler avec plusieurs mâles, puis mettent au monde des oursons qui partagent un anniversaire, mais pas un père. Et les wallabies tammar utilisent à la fois l’allaitement et la lumière du soleil pour régler leurs cadrans de grossesse, coordonnant leurs horaires afin que presque toutes les naissances se produisent fin janvier. Le but est que les joeys restent dans la poche pendant les huit ou neuf prochains mois, jusqu’au printemps de l’hémisphère sud, explique Marilyn Renfree, biologiste de la reproduction à l’Université de Melbourne : Lorsque les chercheurs ont conduit les marsupiaux à travers l’équateur, les horaires d’accouchement retourner.
Même après un siècle, la diapause des mammifères semble «contre-intuitive» à la façon dont les scientifiques conçoivent la croissance cellulaire, explique Hao Zhu, biologiste du cancer au UT Southwestern Medical Center. Les cellules ne devraient pas plus être capables d’arrêter leur métabolisme et leur croissance qu’un être humain ne peut arrêter de respirer ou de digérer et espérer survivre. Les chercheurs n’ont pas une idée précise de la façon dont les embryons endurent l’épreuve pendant si longtemps. « Normalement, si vous arrêtez la croissance des cellules, elles meurent », m’a dit Fenelon. Pour l’instant, il semble que les embryons en pause soient capables de planer à la limite de la vie, en ne synthétisant qu’un petit nombre de protéines et en faisant tourner leurs moteurs métaboliques au ralenti. Ils réduisent leur consommation d’oxygène et passent de la digestion des sucres à la décomposition de leurs réserves internes de graisse. « C’est similaire au jeûne », explique Aydan Bulut-Karslioglu, biologiste à l’Institut Max Planck de génétique moléculaire.
Au moins certains embryons peuvent maintenir leur quiescence pendant une durée déconcertante : il y a des décennies, un groupe de chercheurs a réussi à induire une wallaby tammar enceinte en diapause embryonnaire pendant plus de deux ans – et lorsqu’ils ont levé la prise, son embryon était encore capable se réveiller et venir à terme. Même ainsi, m’a dit Bulut-Karslioglu, une limite théorique pour chaque espèce doit exister. Finalement, les scientifiques ont découvert que les embryons commenceront à cannibaliser leurs propres entrailles et pourraient finalement commencer à manquer de carburant. Et plus longtemps elles restent en diapause, m’a-t-elle dit, plus il semble que les cellules mettent du temps à se réveiller.
Les chercheurs se rapprochent de recréer la diapause avec des embryons dans une boîte de laboratoire. Mais bien que certains scientifiques, dont Bulut-Karslioglu, se soient approchés du mimétisme parfait (en utilisant des embryons de souris), « nous manquons probablement quelque chose », m’a-t-elle dit. L’ingrédient mystère ne sera pas simple. Pendant des années, les chercheurs ont espéré qu’il y aurait un interrupteur chimique ou génétique maître qui « éteindrait l’embryon », m’a dit Fenelon. « Cela ne semble pas être le cas. » Au contraire, la diapause semble impliquer un dialogue intermittent, l’utérus repoussant les tentatives d’implantation de l’embryon jusqu’à ce que le moment soit venu. Malgré toutes ses bizarreries, cependant, le système semble assez puissant pour transcender les barrières évolutives : lorsque les chercheurs transplantent des embryons de brebis (qui ont des grossesses standard et ininterrompues) dans les utérus de souris, les embryons de brebis entreront en stase, puis reprendront leur développement en toute sécurité. lors du retour dans un utérus adapté à l’espèce.
Les scientifiques ne sont toujours pas sûrs des signaux qui poussent certaines espèces vers ou hors de la diapause. Et répondre à ces questions devient de plus en plus urgent alors que le changement climatique continue de déformer les saisons, déclare Helen Bateman-Jackson, biologiste de la faune au zoo de Toronto. Les phoques de Weddell, par exemple, doivent déjà s’accoupler ou accoucher dans des délais très courts pour que leurs petits survivent – un calendrier qu’ils gèrent via une brève pause de grossesse, m’a dit Michelle Shero, biologiste de la reproduction à la Woods Hole Oceanographic Institution. . Si la hausse des températures ou la fonte des glaces perturbent les signaux qui contrôlent cet arrêt, leur progéniture risque davantage de mourir.
Si les humains pouvaient recréer la diapause dans les laboratoires, les scientifiques pourraient aider les animaux de zoo en voie de disparition à se reproduire ; les parents humains pleins d’espoir pourraient se tourner vers la diapause comme alternative à la congélation des embryons. Un jour, les médecins pourraient être en mesure d’aider leurs patients à mieux planifier l’accouchement en fonction de certains événements de la vie ou de répondre aux besoins médicaux d’un parent ou d’un fœtus. Ou peut-être que les technologies inspirées de la diapause pourraient éventuellement donner une tournure au contrôle des naissances, m’a dit Renfree, permettant aux gens d’arrêter efficacement le cycle de reproduction pratiquement sans frais, comme « le meilleur contraceptif que vous puissiez imaginer ».
L’inhibition de la diapause pourrait également ôter la vie aux cellules qui causent des dommages. Certains patients atteints de cancer retrouvent leur maladie à plusieurs reprises, malgré de multiples séries de traitements sévères tels que la chimiothérapie. Les chercheurs avaient l’habitude de penser qu’une population génétiquement distincte de cellules tumorales survivait d’une manière ou d’une autre à l’abattage, un problème qui pourrait potentiellement être résolu avec une saveur différente de médicament. Mais ces dernières années, ils ont réalisé que les cellules cancéreuses pouvaient plutôt échapper au blitz en interrompant leur propre croissance – un étrange parallèle avec la stase que les embryons entrent lorsque le corps de leur mère subit un stress extérieur. Cela fonctionne parce que «la chimiothérapie cible les cellules en division», explique Catherine O’Brien, biologiste du cancer à l’Université de Toronto. Si les cellules cancéreuses parviennent à interrompre ce processus, elles grinceront tout de suite.
Jinsong Liu, un biologiste du cancer au MD Anderson Cancer Center qui étudie le lien entre la diapause embryonnaire et la diapause cancéreuse depuis des années, m’a dit que les embryons et les tumeurs ont beaucoup en commun : les deux veulent désespérément grandir. Mais ces similitudes signifient également qu’il pourrait y avoir un moyen de déjouer le subterfuge des cellules cancéreuses. Les chercheurs pourraient concevoir des médicaments pour empêcher les cellules d’entrer en stase ou préparer de nouvelles thérapies qui ciblent spécifiquement les cellules dans leur état de pause. D’autres traitements encore pourraient recâbler des cellules déjà en dormance, de sorte qu’elles se réactivent en tant qu’entités bénignes, plutôt que comme des excroissances tumorales prêtes à envahir à nouveau. Certains de ces traitements pourraient être sur le marché d’ici quelques années seulement, bien qu’une idée plus claire du fonctionnement de la diapause dans les contextes reproductif et cancéreux soit essentielle pour trouver les thérapies adéquates. La diapause peut parfois retarder la genèse de la vie. Mais, soigneusement exploité, il pourrait un jour aider à retarder la marche vers une mort trop précoce.