Il y a une force dont les effets sont si profondément ancrés dans notre vie quotidienne que nous n'y pensons probablement pas beaucoup du tout :la gravité. La gravité est la force qui provoque l'attraction entre les masses. C'est pourquoi quand tu laisses tomber un stylo, il tombe au sol. Mais parce que la force gravitationnelle est proportionnelle à la masse de l'objet, seuls les gros objets comme les planètes créent des attractions tangibles. C'est pourquoi l'étude de la gravité s'est traditionnellement concentrée sur des objets massifs comme les planètes.

Nos premières missions spatiales habitées, cependant, a complètement changé notre façon de penser les effets de la gravité sur les systèmes biologiques. La force de gravité ne nous maintient pas simplement ancrés au sol; il influence le fonctionnement de notre corps à la plus petite des échelles. Maintenant, avec la perspective de missions spatiales plus longues, les chercheurs s'efforcent de comprendre ce que signifie un manque de gravité pour notre physiologie - et comment le compenser.

Libéré de l'emprise de la gravité

Ce n'est que lorsque les explorateurs ont voyagé dans l'espace que toute créature terrestre a passé du temps dans un environnement de microgravité.

Les scientifiques ont observé que les astronautes de retour avaient grandi et avaient considérablement réduit leur masse osseuse et musculaire. Intrigué, les chercheurs ont commencé à comparer des échantillons de sang et de tissus d'animaux et d'astronautes avant et après les voyages dans l'espace pour évaluer l'impact de la gravité sur la physiologie. Les astronautes-scientifiques dans l'environnement en grande partie sans gravité de la Station spatiale internationale ont commencé à étudier comment les cellules se développent dans l'espace.

La plupart des expériences dans ce domaine sont en fait menées sur Terre, bien que, en utilisant la microgravité simulée. En faisant tourner des objets - tels que des cellules - dans une centrifugeuse à grande vitesse, vous pouvez créer ces conditions de gravité réduite.

Nos cellules ont évolué pour faire face aux forces dans un monde caractérisé par la gravité; s'ils sont soudainement libérés des effets de la gravité, les choses commencent à devenir étranges.

Détection des forces au niveau cellulaire

Avec la force de gravité, nos cellules sont également soumises à des forces supplémentaires, y compris les contraintes de traction et de cisaillement, à mesure que les conditions changent dans notre corps.

Nos cellules ont besoin de moyens de détecter ces forces. L'un des mécanismes largement acceptés est ce que l'on appelle les canaux ioniques mécano-sensibles. Ces canaux sont des pores sur la membrane cellulaire qui laissent passer des molécules chargées particulières à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule en fonction des forces qu'elles détectent.

Un exemple de ce type de mécano-récepteur est le canal ionique PIEZO, trouvé dans presque toutes les cellules. Ils coordonnent le toucher et la sensation de douleur, en fonction de leur localisation dans le corps. Par exemple, un pincement sur le bras activerait un canal ionique PIEZO dans un neurone sensoriel, en lui disant d'ouvrir les portes. En microsecondes, des ions tels que le calcium entreraient dans la cellule, transmettre l'information que le bras s'est pincé. La série d'événements culmine dans le retrait du bras. Ce type de détection de force peut être crucial, ainsi les cellules peuvent réagir rapidement aux conditions environnementales.

Sans gravité, les forces agissant sur les canaux ioniques mécano-sensibles sont déséquilibrées, provoquant des mouvements anormaux des ions. Les ions régulent de nombreuses activités cellulaires; s'ils ne vont pas où ils devraient quand ils devraient, le travail des cellules se détraque. La synthèse des protéines et le métabolisme cellulaire sont perturbés.

Physiologie sans gravité

Au cours des trois dernières décennies, les chercheurs ont soigneusement déterminé comment certains types de cellules et de systèmes corporels sont affectés par la microgravité.

• Cerveau :Depuis les années 1980, les scientifiques ont observé que l'absence de gravité entraîne une rétention sanguine accrue dans le haut du corps, et donc une pression accrue dans le cerveau. Des recherches récentes suggèrent que cette pression accrue réduit la libération de neurotransmetteurs, molécules clés que les cellules du cerveau utilisent pour communiquer. Cette découverte a motivé des études sur les problèmes cognitifs courants, comme les difficultés d'apprentissage, chez les astronautes de retour.
• Os et muscle :L'apesanteur de l'espace peut entraîner une perte osseuse de plus de 1 pour cent par mois, même chez les astronautes qui subissent des régimes d'exercices rigoureux. Aujourd'hui, les scientifiques utilisent les progrès de la génomique (l'étude des séquences d'ADN) et de la protéomique (l'étude des protéines) pour identifier comment le métabolisme des cellules osseuses est régulé par la gravité. En l'absence de gravité, les scientifiques ont découvert que le type de cellules responsables de la formation osseuse est supprimé. Dans le même temps, le type de cellules responsables de la dégradation de l'os est activé. Ensemble, cela s'ajoute à la perte osseuse accélérée. Les chercheurs ont également identifié certaines des molécules clés qui contrôlent ces processus.
• Immunité :Les engins spatiaux sont soumis à une stérilisation rigoureuse pour empêcher le transfert d'organismes étrangers. Néanmoins, lors de la mission Apollo 13, un agent pathogène opportuniste a infecté l'astronaute Fred Haise. Cette bactérie, Pseudomonas aeruginosa, n'infecte généralement que les individus immunodéprimés. Cet épisode a suscité plus de curiosité sur la façon dont le système immunitaire s'adapte à l'espace. En comparant les échantillons de sang des astronautes avant et après leurs missions spatiales, les chercheurs ont découvert que le manque de gravité affaiblit les fonctions des cellules T. Ces cellules immunitaires spécialisées sont responsables de la lutte contre diverses maladies, du simple rhume à la septicémie mortelle.

Compenser le manque de gravité

La NASA et d'autres agences spatiales investissent pour soutenir des stratégies qui prépareront les humains aux voyages spatiaux sur de plus longues distances. Comprendre comment résister à la microgravité en est une grande partie.

La meilleure méthode actuelle pour surmonter l'absence de gravité est d'augmenter la charge sur les cellules d'une autre manière - via l'exercice. Les astronautes passent généralement au moins deux heures par jour à courir et à faire de l'haltérophilie pour maintenir un volume sanguin sain et réduire la perte osseuse et musculaire. Malheureusement, des exercices rigoureux ne peuvent que ralentir la détérioration de la santé des astronautes, pas l'empêcher complètement.

Les suppléments sont une autre méthode que les chercheurs étudient. Grâce à des études de génomique et de protéomique à grande échelle, les scientifiques ont réussi à identifier des interactions cellulaires-chimiques spécifiques affectées par la gravité. Nous savons maintenant que la gravité affecte les molécules clés qui contrôlent les processus cellulaires comme la croissance, division et migration. Par exemple, les neurones cultivés en microgravité sur la Station spatiale internationale ont moins d'un type de récepteur pour le neurotransmetteur GABA, qui contrôle les mouvements moteurs et la vision. Ajout de plus de fonction restaurée GABA, mais le mécanisme exact n'est pas encore clair.

La NASA évalue également si l'ajout de probiotiques à la nourriture spatiale pour stimuler les systèmes digestif et immunitaire des astronautes peut aider à conjurer les effets négatifs de la microgravité.

Au début des voyages dans l'espace, l'un des premiers défis a été de trouver comment surmonter la gravité pour qu'une fusée puisse se libérer de l'attraction terrestre. Maintenant, le défi est de savoir comment compenser les effets physiologiques d'un manque de force gravitationnelle, surtout pendant les longs vols spatiaux.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.