Aux États-Unis, la NASA a profité d’un cas unique : deux jumeaux astronautes pour mesurer, en détail, l’impact d’un long séjour spatial.
Scott et Mark Kelly, jumeaux monozygotes et astronautes américains de la NASA, ont servi de base à une vaste étude scientifique publiée par l’agence spatiale américaine, rapporte le site d’actualité britannique LADbible. L’un a passé 340 jours en orbite à bord de la Station spatiale internationale, l’autre est resté sur Terre. Objectif : comprendre comment un corps humain, doté du même patrimoine génétique, réagit à l’extrême environnement de l’espace.
Une expérience unique menée par la NASA sur des jumeaux
Nés en 1964, Scott et Mark Kelly ont mené chacun une carrière scientifique et militaire avant de rejoindre la NASA comme astronautes. En 2015, l’agence américaine lance officiellement la « Twins Study », l’étude des jumeaux. Scott est envoyé pour près d’un an en orbite, Mark reste sur le sol américain.
Les chercheurs comparent alors en continu les deux frères : prises de sang, tests cognitifs, analyses d’urine, examens du cœur, des os, de la vision, suivi de l’alimentation et même étude des bactéries intestinales. L’enjeu est majeur pour les futures missions de longue durée, vers la Lune ou Mars.
La NASA estime que cette étude montre à la fois la capacité d’adaptation du corps humain à l’espace et les risques à surveiller sur le long terme.
Voici les principaux enseignements tirés par l’agence américaine de ce séjour de 340 jours en orbite.
Des télomères qui s’allongent, puis se raccourcissent
Première surprise pour les scientifiques : le comportement des télomères de Scott Kelly. Ces petites structures situées à l’extrémité de l’ADN protègent nos chromosomes et ont tendance à se raccourcir avec l’âge ou sous l’effet du stress.
Chez Scott, la NASA a observé des modifications marquées de la longueur de ces télomères pendant le vol, puis dans les jours qui ont suivi son retour sur Terre. L’agence y voit un marqueur précieux de l’adaptation du corps aux conditions extrêmes.
Selon la NASA, ces données sur les télomères pourraient aider à évaluer l’état de santé général des astronautes et à identifier des risques à long terme.
Un système immunitaire qui fonctionne encore correctement en orbite
Pour vérifier comment réagit le système immunitaire dans l’espace, Scott Kelly a reçu plusieurs vaccins contre la grippe : une fois avant son départ, une fois en orbite, puis une dernière fois après son retour sur Terre. Mark suivait en parallèle un schéma comparable au sol.
Les chercheurs constatent que le système immunitaire de Scott répond correctement au vaccin même en plein vol. L’organisme produit une réponse immune adaptée, comparable à celle observée sur Terre.
La NASA y voit un signal rassurant : en cas de mission longue durée, un vaccin administré dans l’espace devrait, en principe, déclencher la bonne réaction de défense de l’organisme.
Des gènes qui réagissent au séjour prolongé dans l’espace
L’étude de l’« expression des gènes » a montré des changements chez Scott pendant et après son séjour en orbite. Autrement dit, certains gènes se sont activés ou désactivés différemment par rapport à la période précédant le vol.
Mark, resté sur Terre, a lui aussi connu des variations normales de l’expression de ses gènes, mais pas les mêmes que son frère. Pour la NASA, la plupart des modifications observées chez Scott (un peu plus de 91 %) sont revenues à la normale après son retour. Une petite partie, en revanche, est restée modifiée six mois après l’atterrissage.
La NASA relie une partie de ces changements à l’exposition aux radiations spatiales, au remodelage osseux, au stress du système immunitaire et à la régulation des télomères.
Ces observations servent à mieux comprendre comment les contraintes environnementales, comme la microgravité et les radiations, modifient le fonctionnement des gènes.
Cognition préservée, mais capacités physiques amoindries au retour
Autre point clé de la Twins Study : la cognition, c’est-à-dire l’ensemble des facultés mentales comme la vigilance, l’orientation dans l’espace ou la reconnaissance des émotions.
Les données recueillies montrent que les performances cognitives de Scott en orbite restent proches de celles de Mark sur Terre. La NASA en déduit que des astronautes peuvent conserver un bon niveau de performance mentale sur des missions longues.
À l’inverse, le retour à la gravité terrestre s’est accompagné de difficultés physiques pour Scott. Durant les premiers mois, il se montre plus lent pour effectuer certaines tâches du quotidien. L’agence estime que cela tient à la réadaptation à la gravité et au programme chargé qui a suivi l’atterrissage.
Perte de masse corporelle, os qui se renouvellent plus vite et nutrition clé
Sur le plan biologique, la NASA relève plusieurs changements chez Scott Kelly :
- Il perd environ 7 % de sa masse corporelle pendant la mission.
- Son apport calorique réel est inférieur d’environ 30 % aux besoins théoriques estimés.
- Le cycle de destruction et de reconstruction de l’os s’accélère durant les six premiers mois, puis ralentit avec la baisse de son volume d’exercice.
Les chercheurs notent aussi une amélioration du statut en folates (vitamine B9) de Scott. Bas avant le départ, ce taux augmente pendant le séjour, probablement lié à une meilleure sélection des aliments dans les menus spatiaux.
La NASA observe une corrélation entre le niveau de folate et la dynamique des télomères, confirmant le rôle central de la nutrition pour la santé, en orbite comme au sol.
Un microbiote intestinal bousculé par les aliments de l’espace
Le microbiome intestinal, c’est-à-dire l’ensemble des bactéries présentes dans le tube digestif, constitue un bon indicateur de santé générale. Chez Scott, ce microbiote se modifie nettement durant le vol par rapport à la période précédant le départ.
La NASA attribue ces variations principalement à l’alimentation à bord de la Station spatiale internationale, composée en grande partie de plats lyophilisés ou stabilisés thermiquement, mais aussi à d’autres facteurs propres à l’environnement spatial.
Bonne nouvelle : une fois revenu sur Terre, le microbiote de Scott retrouve progressivement un profil proche de celui observé avant le vol. Les chercheurs espèrent, grâce à ces données, ajuster les régimes alimentaires pour favoriser des bactéries bénéfiques lors de futures missions.
Épigénétique : des changements modérés, surtout en fin de mission
L’étude de l’épigénomique – les modifications réversibles qui influencent l’expression des gènes sans changer la séquence de l’ADN – montre des changements chez Scott pendant le vol. Mais ces variations restent globalement proches de ce que connaît Mark au sol.
La majorité des changements épigénétiques de Scott surviennent dans les six derniers mois de mission. Pour des séjours plus courts, les chercheurs estiment que ces modifications seraient sans doute limitées.
Des signes d’inflammation et un impact sur le système cardiovasculaire
La NASA s’est aussi intéressée aux petites molécules présentes dans le sang et les tissus, ce que les scientifiques appellent la métabolomique. L’une des priorités : repérer des signes de risque cardiovasculaire, comme le rétrécissement de la paroi interne des artères.
Chez Scott, les chercheurs détectent des marqueurs d’inflammation et un épaississement de la paroi de l’artère carotide, pendant et après la mission. Ces changements ne sont pas retrouvés chez Mark, resté sur Terre.
L’agence spatiale souligne que l’on ne sait pas encore si cette adaptation cardiovasculaire est complètement réversible, mais ces observations aident à mieux cerner l’effet d’un vol spatial prolongé sur le cœur et les artères.
Vision et hydratation : une protéine sous surveillance
Les problèmes de vue observés chez certains astronautes ont poussé la NASA à examiner de près l’œil de Scott : répartition des fluides dans l’organisme, structure oculaire, protéines mesurées dans les urines.
Une protéine en particulier, AQP2, apparaît à des niveaux plus élevés chez Scott en orbite que chez Mark au sol. Cette protéine régule la réabsorption d’eau dans le corps et sert d’indicateur de l’hydratation ou de la déshydratation.
Ces données s’ajoutent aux autres travaux en cours pour mieux comprendre pourquoi certains astronautes souffrent de troubles de la vision lors de longs séjours en microgravité.
Un corps globalement résilient face aux contraintes spatiales
En rassemblant l’ensemble des résultats, la NASA identifie trois marqueurs forts d’inflammation dans l’organisme de Scott pendant le vol, tout en notant que certains de ces indicateurs augmentent aussi chez Mark.
L’agence résume ainsi la principale leçon de cette Twins Study : l’organisme humain fait preuve d’une capacité d’adaptation robuste face à la combinaison de facteurs propres à l’espace – microgravité, confinement, radiations, changements de rythme de vie. Une grande partie des paramètres mesurés chez Scott revient à des niveaux proches de ceux d’avant le vol dans les mois qui suivent son retour.
Ce que cela signifie pour les futures missions vers Mars
Ces observations servent désormais de base pour préparer des missions encore plus longues, vers la Lune ou Mars. Les chercheurs américains disposent d’une sorte de « carte » des systèmes à surveiller en priorité : cœur, vaisseaux sanguins, os, immunité, microbiote, vision, expression des gènes.
| Aspect étudié | Constat principal chez Scott | Enjeu pour les futures missions |
|---|---|---|
| Télomères | Longueur modifiée puis retour proche à la normale | Suivre le vieillissement et le stress cellulaire |
| Immunité | Réaction correcte au vaccin | Planifier des campagnes vaccinales en vol |
| Os et muscles | Perte de masse, remodelage osseux accéléré | Adapter l’exercice et l’alimentation |
| Cœur et artères | Signes d’inflammation et épaississement artériel | Limiter le risque cardiovasculaire |
Quelle recherche similaire en France ?
En France, le Centre national d’études spatiales (CNES) travaille lui aussi, avec le corps européen des astronautes, sur les effets de la microgravité : fonte musculaire, perte osseuse, troubles de l’équilibre, sommeil perturbé. Les protocoles de suivi médical restent proches de ceux de la NASA : analyses sanguines, tests de résistance musculaire, examens cardiovasculaires et ophtalmologiques.
Lorsque des astronautes français, comme Thomas Pesquet, reviennent de mission, ils enchaînent eux aussi bilans médicaux et rééducation. La logique reste la même que pour Scott Kelly : comprendre comment le corps s’adapte pour mieux préparer les prochains séjours en orbite, puis, à terme, des missions de longue durée au-delà de l’orbite terrestre.
Microbiote, épigénétique, métabolomique : ce que recouvrent ces termes
Pour un lecteur français, certains mots utilisés par la NASA peuvent paraître abstraits. Le microbiote désigne l’ensemble des micro-organismes vivant dans notre intestin, dont l’équilibre joue un rôle clé sur l’immunité, la digestion et même l’humeur. Des variations comme celles observées chez Scott en orbite peuvent influencer l’absorption des nutriments ou la résistance aux infections.
L’épigénétique, elle, s’intéresse à des marques chimiques qui se posent sur l’ADN ou sur les protéines qui l’entourent. Ces marques déterminent quels gènes sont effectivement « allumés » ou « éteints ». Dans un environnement aussi inhabituel que la microgravité, ces marques peuvent évoluer et modifier la façon dont l’organisme réagit au stress, à la fatigue ou aux radiations.
La métabolomique, enfin, consiste à traquer de minuscules molécules dans le sang, les urines ou les tissus, qui reflètent l’état de fonctionnement des organes. Dans le cas de la Twins Study, ces molécules ont permis de repérer des signaux précoces d’inflammation ou de stress cardiovasculaire, bien avant l’apparition de symptômes visibles.
