Peut-on tomber enceinte dans l’espace ?

Après le visionnage d’un documentaire sur l’espace, la biologiste de la reproduction Nicole McPherson s’est vu poser une question intrigante par son mari sur la route du travail : « Tu penses que les humains pourraient se reproduire dans l’espace ? »

« J’ai immédiatement pensé : “Oh ouais, bien sûr” », raconte-t-elle. Mais plus elle y pensait, plus la question se compliquait. La reproduction humaine dépend d’innombrables conditions environnementales façonnées par la vie sur Terre, autant de facteurs qui rendent la grossesse et la reproduction au-delà de notre planète bien moins simples qu’il n’y paraît. « Je n’ai pas arrêté d’y réfléchir. Peut-être que cela nous est impossible », ajoute-t-elle.

L’espace est déjà un environnement hostile pour les astronautes adultes, et à plus forte raison pour les bébés ou les personnes enceintes. Sans appareils ou combinaisons pressurisés, les astronautes peuvent perdre conscience et trouver la mort en l’espace de quelques secondes. Les éruptions solaires et les tempêtes cosmiques peuvent émettre des rayons cosmiques de haute intensité susceptibles d’endommager l’ADN et de provoquer des dysfonctionnements cellulaires. L’absence de gravité peut également entraîner des pertes musculaires et osseuses, un accroissement des risques cardiovasculaires, des dysfonctionnements du système immunitaire et des troubles neurologiques.

La question peut sembler exagérée, relever davantage de la science-fiction que de la réalité biologique. Mais alors que les humains repoussent les limites de la vie sur Terre et se préparent à des missions spatiales de long terme pour aller sur la Lune et sur Mars, certains scientifiques voient la reproduction humaine dans l’espace comme une chose inévitable.

« Tôt ou tard, on finira par tomber enceinte dans l’espace, par accident [ou délibérément], et il ne faudrait pas qu’on soit pris au dépourvu et qu’on se dise : “Oh, cette personne est enceinte dans l’espace, qu’est-ce qui va arriver au bébé ?” », explique Douglas Ruden, biologiste du développement à l’Université d’État de Wayne, dans le Michigan. « Il serait utile de le savoir à l’avance. »

En dépit des risques énormes, des chercheurs sont en train d’explorer la façon dont la reproduction pourrait fonctionner au-delà de la Terre. Ils testent la grossesse chez des organismes modèles, envoient des embryons à bord de satellites et d’engins, réalisent des simulations de vols spatiaux et mettent au point de nouveaux outils pour comprendre comment la gravité, les radiations, l’isolement et le stress sont susceptibles d’affecter la fertilité, le développement du fœtus et la santé à long terme.

COMMENT LE SPERME ET LES OVAIRES RÉAGISSENT À LA MICROGRAVITÉ

Nicole McPherson et son équipe de l’Université d’Adélaïde, en Australie, ont récemment étudié la réaction des spermatozoïdes à la microgravité à l’aide d’un clinostat, une machine à orientation aléatoire qui simule des conditions spatiales dans lesquelles les cellules ne peuvent pas déterminer où se trouvent le haut et le bas. Ils ont cherché à déterminer si des spermatozoïdes humains, de souris et de porcs pouvaient se repérer dans un petit labyrinthe mimant l’appareil reproducteur féminin au sein du clinostat afin d’assurer une fécondation des ovules qui conduirait à un développement embryonnaire normal par la suite.

Si les spermatozoïdes se déplaçaient normalement, ils étaient en revanche bien moins nombreux à atteindre l’ovule. Selon les résultats publiés par l’équipe plus tôt cette année dans la revue Communications Biology, dans les simulations de microgravité, le nombre de spermatozoïdes qui atteignaient le bout du labyrinthe chutait de 30 à 50 %. Cette baisse laisse penser que la gravité aide normalement les spermatozoïdes à s’orienter dans l’appareil reproducteur, explique Nicole McPherson.

De manière intéressante, quand l’équipe de Nicole McPherson ajoutait de la progestérone, une hormone sécrétée naturellement près des ovules chez les humains, la navigation des spermatozoïdes s’améliorait. « Si vous leur laissez suffisamment de temps, enfin, ils arrivent à l’autre extrémité », explique-t-elle. Si moins de spermatozoïdes arrivaient à destination, ceux qui y parvenaient semblaient en outre être de meilleure qualité. Une brève exposition à la microgravité provoquait des changements dans le développement, et une exposition plus longue ralentissait la croissance de l’embryon, faisait baisser sa qualité et entraînait une baisse du nombre de cellules, ce qui suggère que les premières phases du processus reproductif sont particulièrement vulnérables.

Cette expérience compte parmi les premières à tester l’effet de la microgravité sur des spermatozoïdes humains, sur la façon dont ils progressent dans des micro-canaux imitant l’appareil reproductif féminin. L’étude des embryons humains présente des contraintes éthiques, qui deviennent encore plus délicates dans l’espace.

LES SOURIS ONT DU MAL À TOMBER ENCEINTES DANS L’ESPACE

Pour des raisons évidentes, la NASA interdit aux personnes enceintes de prendre part à des missions spatiales. Plusieurs astronautes sont allées dans l’espace, en sont revenues sans anicroches et ont plus tard eu des bébés en bonne santé, ce qui laisse penser que le vol spatial ne provoque pas nécessairement des complications de grossesse. Mais l’étude de la grossesse elle-même dans l’espace est bien plus compliquée. « Une femme adulte peut décider pour elle-même qu’elle souhaite participer à une expérience, mais le bébé qu’elle [porte] dans son corps ne le peut pas. C’est pour cela que c’est une préoccupation de taille de savoir si nous souhaitons faire des expériences avec un sujet humain qui n’est pas en mesure de prendre des décisions », explique Marcel Egli, mécanobiologiste à la Haute École de Lucerne, en Suisse.

Bien que les recherches sur les embryons humains dans l’espace comportent des défis éthiques, plusieurs études se sont penchées sur les schémas du développement embryonnaire chez plusieurs espèces. Depuis 1965, on a emmené plusieurs animaux différents, dont des geckos, des rats, des xénopes lisses (Xenopus laevis), des tritons et des poissons-zèbres (Danio rerio), pour étudier leurs processus reproductifs et les premières étapes de leur développement.

Même chez les mammifères, « beaucoup d’expériences ont été menées au cours des quarante ou cinquante dernières années qui ont consisté à envoyer des souris enceintes dans l’espace et [à voir] si elles peuvent y donner naissance », explique Douglas Ruden. Mais le problème est que les scientifiques n’ont jamais étudié le cycle dans son entièreté. « Il est difficile d’obtenir des accouplements naturels chez les souris dans l’espace. Elles tombent malades tout le temps, et donc ne sont pas disposées à s’accoupler », poursuit-il.

COMMENT LES EMBRYONS RÉAGISSENT À L’ORBITE TERRESTRE BASSE

Certaines études donnent néanmoins une idée de la façon dont les embryons de mammifères réagissent à l’environnement de l’orbite terrestre basse. Dans le cadre d’une expérience datant du début des années 2000, des chercheurs ont envoyé des rates brunes (Rattus norvegicus) dans la Station spatiale internationale (ISS) en plein milieu de leur gestation ; ces dernières sont revenues sur Terre quelques jours avant de mettre bas. Les rates enceintes ayant voyagé dans l’espace avaient deux fois plus de contractions que celles qui étaient restées sur Terre. D’autres paramètres comme la durée de l’accouchement, le nombre de bébés et le poids de ces derniers, ainsi que les premiers comportements maternels étaient essentiellement les mêmes que ceux des rats sur Terre.

En 2020, la Chine a lancé un satellite récupérable, Shijian-10 (SJ-10), qui transportait des embryons de souris à un stade précoce dans une nurserie spatiale automatisée (un mini-incubateur). Le satellite a été conçu pour fonctionner de manière autonome sans intervention humaine. Il maintenait les embryons au chaud et dans des conditions stables, leur fournissait un apport alimentaire riche en nutriments pour leur croissance, réalisait périodiquement des clichés microscopiques pour suivre leur développement, et préservait les échantillons de sorte que les scientifiques puissent les étudier plus tard.

Lorsque les scientifiques ont récupéré le satellite, ils ont découvert que le développement s’était poursuivi : les embryons s’étaient divisés ; d’une cellule unique, ils avaient formé des blastocystes, de petits amas de cellules qui se forment avant l’implantation dans l’utérus. Toutefois, seul un petit nombre d’entre eux devenaient des blastocystes sains.

LES RAYSONS COSMIQUES PEUVENT ÊTRE PLUS DANGEREUX QUE LA MICROGRAVITÉ

Les embryons de SJ-10 ont également mis en évidence des effets au-delà de l’apesanteur spatiale. Leur ADN présentait des signes récurrents et caractéristiques de changements autour de régions qui activent et inhibent les gènes. Si la microgravité peut modifier les mécanismes de réparation de l’ADN, accroître le stress et provoquer une accumulation de dégâts au fil du temps, ces profils correspondaient à ceux d’embryons exposés sur Terre à de faibles quantités de rayonnements électromagnétiques.

Les dégâts sur l’ADN étaient probablement dus à des rayonnements cosmiques, soit à des particules à haute énergie provenant du Soleil, soit à des rayons cosmiques galactiques filant à travers l’espace à des vitesses extrêmes. Quand les rayons cosmiques frappent quelque chose, ils produisent des cascades de particules énergétiques et sont extrêmement destructeurs. « On peut voir les rayonnements cosmiques comme des petits sillons qui traversent le corps et causent des dégâts cellulaires localisés. Si l’on s’y expose pendant plusieurs années, ces effets s’accumulent », illustre Arun Vivian Holden, professeur émérite de biologie computationnelle à l’Université de Leeds, au Royaume-Uni. Pour un cerveau en développement dans cette phase cruciale de la vie, les dégâts qui en résultent sont également susceptibles de s’accumuler au fil du temps, ajoute-t-il.

À la surface de la Terre, les humains n’ont pas à s’inquiéter des rayonnements cosmiques, car le champ magnétique de la planète s’étend dans l’espace et forme une bulle protectrice qui bloque la plupart des rayons. Les engins spatiaux et les satellites sont souvent équipés de boucliers métalliques et de dispositifs électroniques de protection pour réduire l’exposition aux rayonnements de plus faible énergie lors des voyages spatiaux. Cependant, des particules à haute énergie peuvent tout de même pénétrer ces boucliers et même déclencher des gerbes de particules secondaires quand elles percutent la coque.

PROTÉGER LES FUTURES ASTRONAUTES, ENCEINTES OU NON, DES DANGERS DE L’ESPACE

Les débats sur les grossesses spatiales et les bébés qu’elles pourraient engendrer soulèvent évidemment des questions importantes concernant la sécurité en orbite. Les rayons cosmiques (et d’autres dangers spatiaux) constituent une menace pour les astronautes, notamment lorsqu’ils passent davantage de temps au-delà des protections terrestres. Pour cette raison, la NASA étudie activement de nouveaux matériaux susceptibles de mieux protéger les astronautes des radiations dans l’espace. Une approche consiste à utiliser un blindage passif, c’est-à-dire à placer des matériaux protecteurs entre les astronautes et les rayonnements entrants, de même que l’on fait porter un tablier en plomb aux patients soumis à des rayons X.

Les chercheurs testent également d’autres options pour bloquer les rayonnements, comme le remplissage des parois des engins spatiaux avec de l’eau ou l’utilisation de matériaux multicouches avancés, comme les nanotubes de nitrure de bore (BNNT), des nanostructures solides et creuses faites d’atomes de bore et d’azote. Ces deux solutions mobilisent de l’hydrogène, qui aide à absorber ou à disperser les particules de haute énergie telles que les neutrons et d’autres rayonnements ionisants.

Pour l’instant, la grossesse dans l’espace demeure une possibilité théorique lointaine, mais le rapatriement d’un nourrisson sur Terre pourrait s’avérer tout aussi difficile. Si une femme donnait naissance en apesanteur, l’organisme du bébé s’ajusterait à cet environnement particulier. « Le nourrisson pourrait s’adapter de sorte à développer moins de masse musculaire et osseuse, car il n’en aurait pas besoin. La circulation sanguine et la tension artérielle des bébés pourraient s’adapter différemment », prévient Marcel Egli. Le défi, cependant, est de les aider à se réadapter à la Terre ou à la gravité d’autres planètes. « Nous aurions besoin de beaucoup d’infrastructures pour créer une situation analogue à celle de la Terre », ajoute-t-il.

Selon Nicole McPherson, la compréhension des mécanismes fondamentaux de la reproduction peut ouvrir sur d’autres applications. Comprendre comment les spermatozoïdes se déplacent dans des environnements complexes pourrait permettre d’améliorer les résultats des fécondations in vitro ou d’évaluer la qualité du sperme dans le cadre de pratiques agricoles. De nombreuses recherches sur l’espace conduisent à des avancées dans des outils bien terrestres. « Quand on pense à toutes les avancées en matière de conditionnement alimentaire, de la congélation à la lyophilisation en passant par le stockage, ou même aux appareils photo des iPhones, beaucoup viennent d’inventions réalisées pour l’espace », explique-t-elle.

Ces travaux ne cherchent pas seulement à déterminer si les humains peuvent se reproduire dans l’espace ; ils visent aussi à mieux comprendre. « Nous voyons la conception se produire et les embryons se développer, et c’est merveilleux, mais nous ne comprenons toujours pas vraiment les forces mécaniques et les signaux moléculaires qui orchestrent la création d’un être humain tout entier, rappelle Nicole McPherson. Cela est à mon sens notre plus grande énigme en biologie. »