Dans les expériences de microgravité à la Station spatiale internationale (ISS), les scientifiques ont révélé que l'eau surfondue contenant des glycoprotéines antigel accélère et fait osciller son taux de croissance des cristaux de glace. Ce résultat apparemment contradictoire peut conduire à une meilleure compréhension du mystérieux effet antigel dans les organismes vivants.

Les poissons peuvent survivre même dans des environnements sous zéro, comme sous la banquise. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que lorsque les glycoprotéines contenues dans le sang des poissons sont absorbées à la surface des cristaux de glace, il freine la croissance des cristaux de glace. La vérification des fonctions de ces glycoprotéines nécessite des mesures précises des taux de croissance normaux des cristaux au cours du temps. Pourtant, cela est difficile à faire sur Terre en raison du flux convectif naturel autour du cristal en croissance induit par la gravité.

Les chercheurs, dirigé par le professeur émérite de l'Université d'Hokkaido Yoshinori Furukawa, espérait utiliser les conditions de microgravité de l'espace pour mesurer avec précision les taux de croissance normaux des faces cristallines, car il n'y a pas d'écoulement convectif dans cet environnement.

Pour réaliser les expériences sur l'ISS, L'Institut des sciences des basses températures de l'Université d'Hokkaido et la JAXA ont développé conjointement la cellule de cristal de glace 2, un dispositif pour mesurer la vitesse de croissance des cristaux de glace dans l'espace. Une fois installé dans le module d'expérimentation japonais KIBO, des expériences ont été menées en contrôlant l'appareil à l'aide de signaux provenant du sol.

Les chercheurs ont mené 124 expériences dont 22 ont été considérées comme ayant mesuré avec précision les taux de croissance des cristaux de glace dans de l'eau en surfusion contenant une impureté glycoprotéique. Les résultats ont montré que les faces basales inférieures des cristaux de glace croissaient trois à cinq fois plus vite que dans l'eau pure. Les cristaux de glace présentaient également des oscillations périodiques au fur et à mesure de leur croissance. « Les résultats étaient contraires à ce qui était attendu, car la glycoprotéine a en fait facilité la croissance des cristaux de glace, plutôt que de le freiner, " dit Ken Nagashima de l'équipe de recherche.

Quoi, alors, explique l'effet antigel de la glycoprotéine ? Les chercheurs ont découvert le processus délicat dans lequel les faces cristallines plates avec des taux de croissance élevés étaient tronquées par des faces avec des taux de croissance plus lents, ce qui fait que le cristal polyédrique n'est entouré que de faces planes avec les taux de croissance les plus bas. Cela a eu pour effet de ralentir considérablement la croissance des cristaux de glace.

"Nos résultats suggèrent que la prévention du gel dans les organismes vivants ne peut pas s'expliquer uniquement par l'effet de dépression de croissance des glycoprotéines. En d'autres termes, le nouveau mécanisme que nous avons observé est essentiel pour empêcher les organismes vivants de geler, " dit Nagashima. " La fonction des glycoprotéines dans la croissance des cristaux de glace est étroitement liée à la façon dont les biopolymères régulent la croissance de divers cristaux inorganiques. Une meilleure compréhension de cela peut conduire à la création de nouveaux matériaux, " il ajouta.