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Ciel des Hommes

Einstein s’est-il trompé à propos des voyages dans l’espace ?

traduction de Didier Jamet

paru le 23 mars 2006

Prenez deux frères, des jumeaux parfaits. Le premier est astronaute et s’envole pour un grand périple à travers l’espace. L’autre reste sur Terre. Quand le jumeau voyageur est de retour, il découvre qu’il a moins vieilli que son frère. C’est le fameux paradoxe des jumeaux, et quoiqu’il soit perturbant pour notre sens commun, il est absolument vrai. La théorie de la Relativité nous dit que plus nous allons vite dans l’espace, moins nous avançons dans le temps. S’embarquer à bord d’une fusée relativiste pour Alpha du Centaure est un bon moyen de rester jeune. Mais est-ce vraiment le cas ?

Certains scientifiques commencent à penser que les voyages spatiaux, loin de conserver la jeunesse, pourraient avoir l’effet totalement opposé. En fait, les voyageurs spatiaux pourraient bien vieillir prématurément.

" Le problème avec le paradoxe d’Einstein, c’est qu’il laisse complètement de côté l’aspect biologique des choses, et tout particulièrement de l’effet des rayonnements cosmiques sur le vieillissement " souligne Franck Cucinotta, le responsable des études sur les radiations au centre spatial Johnson.

Tandis que le jumeau astronaute fonce à travers le vide intersidéral, ses chromosomes sont exposés aux rayonnements cosmiques. Ces derniers peuvent endommager ses télomères, des sortes de petits bouchons moléculaires qui marquent l’extrémité de ses molécules d’ADN. Ici sur Terre, la perte de télomères a pu être directement reliée au vieillissement.

Jusqu’ici, personne ne s’est vraiment préoccupé du risque. Si jamais il y a un effet sur les astronautes placés en orbite terrestre, dans la navette ou la station spatiale, il serait très limité. En orbite terrestre, le champ magnétique de notre planète protège les astronautes de l’essentiel des rayonnements cosmiques en déviant ces derniers.

Mais d’ici à 2018, la Nasa prévoit de renvoyer des humains sur la Lune, soit bien au-delà de cette bulle protectrice, sans même parler du voyage vers Mars.

Les membres de ces missions seraient alors exposés aux rayons cosmiques pour des semaines voire des mois d’affilée. Naturellement, la Nasa tient à savoir si le vieillissement par irradiation est un danger réel ou non, et si c’est bien le cas, comment le gérer.

La science commence à peine à se pencher sur la question. " La vérité, c’est que nous avons très peu de données sur le lien entre radiations et perte des télomères " affirme Jerry Shay, un biologiste cellulaire de l’Université du Texas. Avec le financement de la Nasa, Shay et d’autres étudient le problème, et ce qu’ils apprennent sur le vieillissement pourrait s’avérer utile à tout un chacun, dans l’espace aussi bien que sur Terre.

Une mèche allumée

Comme la mèche d’une bombe à retardement, les télomères sont de longs filaments de séquences ADN répétitives qui raccourcissent à chaque fois qu’une cellule se divise. Quand les télomères deviennent trop courts, la cellule arrive littéralement au bout du rouleau. Elle a atteint le stade de " sénescence réplicative ", ne peut plus se diviser et finit par mourir.

Sans cette mèche, les cellules humaines seraient capables de continuer à croître et à se diviser indéfiniment. En fait, les scientifiques pensent que l’évolution a doté les cellules de télomères afin de prévenir la croissance cellulaire anarchique de tumeurs cancéreuses. Mais la contrepartie, c’est qu’ à cause des télomères, la plupart des cellules humaines ne peuvent se diviser qu’une cinquantaine de fois avant de mourir.

Une des théories actuelles au sujet du vieillissement soutient que lorsque les cellules du corps humain sont sur le point d’atteindre cette limite imposée par les télomères, le manque de cellules jeunes et fraiches provoque les signes typiques du vieillissement : peau ridée, organes défaillants, système immunitaire déficient, etc…

Que la perte des télomères soit ou non la vraie cause du vieillissement continue à faire l’objet de débats passionnés fait remarquer Shay. Le fait que des télomères raccourcis soient corrélés avec le vieillissement est bien documenté. Les gens porteurs de télomères courts sont par exemple connus pour vivre en moyenne moins longtemps que ceux avec des télomères longs. Mais cette simple corrélation ne suffit pas à prouver que les télomères en soient la cause.

" En cette matière, les relations de cause à effet sont difficiles à mettre en évidence. Mais je pense cependant que nous disposons d’un nombre suffisant d’études corrélatives en provenance de différents chercheurs pour continuer à ne pas croire que des télomères courts sont un marqueur du vieillissement " continue Shay.

De récents travaux menés par Franck Cucinotta et ses collègues ont montré que des radiations impliquant des noyaux de fer (une grande partie des radiations croisées dans l’espace) endommagent indiscutablement les télomères des cellules humaines (voir les références en fin d’article)

Pour en faire la démonstration, ils ont exposé en laboratoire des lymphocytes humains (des cellules du système immunitaire, les fameux " globules blancs ") à des faisceaux de radiations contenant à la fois des noyaux de fer et des rayons gamma. Jusqu’il y a peu, des analyses aussi poussées des dommages que les radiations pouvaient causer aux télomères prenaient un temps considérable. Mais une nouvelle technique de culture cellulaire appelée RxFISH (Rainbow cross-species Fluorescence In Situ Hybridization) a permis à Cucinotta et ses collègues de s’intéresser simultanément au sort de beaucoup de télomères.

" Nous sommes arrivés à cette étonnante conclusion que les particules de fer sont beaucoup plus dévastatrices pour les télomères que les rayons gamma " raconte Cucinotta. Il suggère que la différence pourrait être due à la plus grande largeur des tranchées creusées par les noyaux métalliques. Les brins des télomères se recroquevillent en des boucles allongées, comme des sortes de petits nœuds au bout des chromosomes. Là où les rayons gamma ne frappent qu’un côté ou l’autre de ces boucles, les noyaux métalliques pourraient endommager les deux à la fois, infligeant des dommages durables aux télomères, voire entraînant leur disparition. Cependant cette hypothèse reste encore spéculative.

Il reste à présent à quantifier le risque induit par ces dommages aux télomères des astronautes, de façon à ce que les responsables de missions et les astronautes eux-mêmes puissent prendre leurs décisions quant aux risques qu’ils sont prêts à prendre en toute connaissance de cause. Selon toute probabilité, les effets devraient rester modestes pense Shay.

" Nous parlons de choses très subtiles. Ces gens ne vont probablement pas se retrouver sur une chaise roulante suite à leur séjour dans l’espace " résume-t-il.

Par exemple, les astronautes qui à ce jour ont connu la plus forte exposition aux rayonnements cosmiques, ceux des missions Apollo qui firent le voyage jusqu’à la Lune, ont développé des cataractes environ 7 ans plus tôt en moyenne que les autres astronautes. La cataracte est un signe courant du vieillissement.

Plus inquiétant serait une possible atteinte du cerveau ou de la moelle épinière. Des expériences menées sur des rats ont montré que les tissus cérébraux étaient vulnérables au " vieillissement " provoqué par les radiations ionisantes métalliques, selon des travaux menés par Jim Joseph de l’Université Tufts et Bernie Rabin de l’Université du Maryland.

" Il semble de plus en plus probable que cela pourrait être un problème pour les voyages spatiaux de longue durée " reconnaît Cucinotta.

Cependant, si les scientifiques sont en mesure de déterminer précisément la façon dont les radiations impliquant des noyaux métalliques affectent les télomères, ils pourront peut-être trouver un moyen de s’en protéger. La solution pourrait être aussi simple qu’une pilule contenant des molécules capables de réparer l’ADN. " Il y a beaucoup de moyens d’action envisageables " conclue Shays.

D’une façon ou d’une autre, la Nasa prévoit de faire en sorte que ses astronautes se sentent jeunes, et pour longtemps.

Note de l’éditeur : cet article ne doit en aucun cas être interprété comme une tentative de prendre en défaut la théorie de la Relativité. Elle reste juste. À l’époque d’Einstein, le paradoxe des jumeaux n’a été formulé que pour illustrer le phénomène de la dilatation du temps. Il n’a jamais été dans son propos de traiter de tous les aspects des voyages spatiaux. Pour Franck Cucinotta, la découverte récente de l’effet des radiations cosmiques sur les télomères n’introduit qu’un " paradoxe dans le paradoxe ", rien de plus.

Quelques liens pour aller plus loin (en anglais)

Références

Durante, M., et al. 2006. Chromosomes Lacking Telomeres are Present in the Progeny of Human Lymphocytes Exposed to Heavy Ions. Radiation Research, Jan;165(1):51-8

Joseph, J.A., et al. 1992. Possible "accelerated striatal aging" induced by 56Fe heavy-particle irradiation: implications for manned space flights. Radiation Research, Apr;130(1):88-93

Rabin, B.M., et al. 2005. A longitudinal study of operant responding in rats irradiated when 2 months old. Radiation Research, Oct;164(4 Pt 2):552-5

Shay, J.W., and Wright, W.E., 2001. Aging. When do telomeres matter? Science 291, 839–840.

Are Telomeres the Key to Aging and Cancer? -- un tutoriel du Genetic Science Learning Center de l'Université d'Utah

Aging Cells, Aging Body: Fresh Evidence for a Connection

Was Einstein a Space Alien? -- (Science@NASA)

Dr. Jerry Shay -- home page

The twin paradox: Is the symmetry of time dilation paradoxical?

Time Dilation and the Twin Paradox

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Version française de Science@NASA
Auteur original : Patrick L. Barry
Crédit : NASA Science

La théorie d'Albert Einstein dite de la Relativité nous apprend que l'écoulement du temps ralentit pour un observateur se déplaçant à une fraction significative de la vitesse de la lumière, ce qui lui permet donc de rester jeune. Mais l'action des rayonnements cosmiques sur les télomères pourrait tout simplement annuler ce bénéfice.
Crédit : Science @ Nasa

 

Les télomères sont les petits point blancs visibles aux extrémités de ces chromosomes humains (en gris)
Crédit : U.S. Department of Energy Human Genome Program.

 

Chromosomes humains révélés par RxFISH.
Crédit : Nasa/JSC

 

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