Quand la Nature Appuie sur « Pause ».

Article rédigé par Aurélie Caillaud, Renatur’émoi.

La nature ne m’a pas juste surprise, elle m’a intriguée et elle m’a fait suivre mon instinct. Parce que parfois, la science ne se découvre pas dans les labos… mais dans les coulisses du sauvage, sur le terrain, là où la réalité dépasse la théorie.

Des bébés loutres géantes… alors que le mâle était mort depuis plus de cinq mois…
La naissance d’un ourson alors que la femelle était sous contraceptif… 

La diapause embryonnaire, ce n’est pas un concept : c’est une bombe biologique prête à exploser quand tu t’y attends le moins. La diapause, ce n’est pas un concept, c’est une réalité ! 
En milieu zoologique, mieux vaut l’avoir bien en tête sinon, vous pourriez être surpris !

Un mystère révélé dans les forêts européennes

Tout commence au milieu des années 1800 où des chasseurs européens remarquent une curiosité biologique chez la chevrette (Capreolus capreolus) : alors que l’accouplement a lieu en plein été, aucun embryon n’est visible dans l’utérus avant l’hiver.

Il faudra attendre la fin du XIXe siècle pour comprendre que le développement de l’embryon n’est pas retardé par une fécondation tardive, mais bien par un arrêt volontaire de sa croissance une fois le stade de « blastocyste » (une sphère microscopique de cellules) atteint.
Depuis cette découverte, la diapause a été observée chez plus de 130 espèces de mammifères, allant de la minuscule souris au majestueux ours polaire, en passant par la zibeline et le kangourou.

17 fois : C’est le nombre minimal de fois où la diapause aurait évolué de manière indépendante chez les mammifères selon l’hypothèse de l’évolution convergente.

3 symposiums internationaux majeurs ont été consacrés à ce sujet : en 1963 (Texas), 1980 (Australie) et 2019 (Suisse).

Données Biologiques sur l’Embryon

• 80 à 100 µm : diamètre moyen d’un ovule de souris ou d’humain.
• 32 cellules : stade auquel se forment le trophectoderme et la masse cellulaire interne chez les mammifères.
• 128 cellules : stade de l’embryon au moment de l’implantation classique.
• 110 µm : taille du blastocyste au moment de l’implantation.

Pourquoi arrêter le temps ?

La nature ne fait rien au hasard. La diapause est une stratégie de reproduction sophistiquée qui permet de dissocier le moment de l’accouplement de celui de la naissance.
L’objectif principal est d’assurer la survie des petits en synchronisant leur venue au monde avec les conditions environnementales les plus favorables (abondance de nourriture, climat clément).

Par exemple, chez les carnivores vivant aux hautes latitudes, elle permet aux femelles de choisir les meilleurs partenaires en été, tout en s’assurant que les petits naîtront au printemps suivant, au pic des ressources.
Chez d’autres espèces, comme les rongeurs, elle permet à une mère qui allaite déjà une portée de mettre la suivante « en attente » pour économiser ses propres ressources énergétiques.

Le déclenchement et la régulation de la diapause obligatoire par la durée du jour (photopériode) reposent sur un mécanisme biologique complexe qui transforme un signal lumineux en réponse hormonale. Ce processus permet à l’animal de synchroniser la naissance de ses petits avec les saisons les plus favorables.

Voici les étapes clés de ce mécanisme :

1. La perception de la lumière et le relais cérébral

Le cycle de la lumière (naturelle ou artificielle) est perçu par les yeux, qui font office de photorécepteurs primaires.
Le message lumineux est traduit en impulsions électriques qui voyagent le long du nerf optique jusqu’aux noyaux suprachiasmatiques (SCN) de l’hypothalamus.
Ce signal est ensuite transmis à la glande pinéale via le ganglion cervical supérieur.

2. La sécrétion de mélatonine : l’horloge interne

La glande pinéale transforme le signal nerveux en signal hormonal en sécrétant de la mélatonine. 
La production de cette hormone est rythmée par la lumière : elle est stimulée par l’obscurité et supprimée par la lumière.
Chez les espèces à diapause obligatoire, comme le vison, un traitement chronique à la mélatonine peut empêcher la fin de la diapause en interférant avec la production d’autres hormones.

3. La prolactine : le chef d’orchestre de la pause

La mélatonine agit sur la glande pituitaire (hypophyse) pour réguler la sécrétion de prolactine, qui est l’hormone clé de la diapause. L’effet de la prolactine varie radicalement selon les groupes d’espèces :

• Chez les Mustélidés (ex: vison, loutre) : L’allongement des jours au printemps diminue la mélatonine, ce qui stimule la libération de prolactine. Dans ce cas, la prolactine agit comme un signal de réveil : elle active le corps jaune de l’ovaire pour produire de la progestérone et relancer le développement de l’embryon.
• Chez les Marsupiaux (ex: wallaby) : À l’inverse, l’augmentation de la mélatonine (jours courts) entraîne une hausse de prolactine qui, chez eux, inhibe le corps jaune et maintient l’embryon en pause.

4. Variations selon les espèces

Le déclenchement de l’entrée ou de la sortie de diapause dépend du « calendrier » biologique de l’espèce :

• Entrée en diapause : Elle est déclenchée par le raccourcissement des jours chez les Mustélidés, mais par l’allongement des jours chez les Marsupiaux et les Pinnipèdes (phoques, otaries).
• Réactivation de l’embryon : Elle est provoquée par l’allongement des jours chez le vison ou la mouffette, tandis que chez le blaireau européen ou le wallaby, c’est le raccourcissement des jours (ou des conditions d’hiver artificiel) qui permet l’implantation.

En résumé, la photopériode utilise l’axe mélatonine-prolactine pour envoyer un message chimique à l’utérus et au blastocyste, leur indiquant s’il faut maintenir l’état de repos ou reprendre la croissance en fonction de la saison.

Les trois visages de la diapause

Toutes les diapauses ne se ressemblent pas. Les scientifiques en distinguent trois types principaux :

La diapause obligatoire : Elle se produit systématiquement à chaque gestation, comme chez le chevreuil ou le vison. Elle est souvent déclenchée par la durée du jour (photopériode)

• Vison d’Amérique : le blastocyste en diapause mesure environ 0,23 mm et contient jusqu’à 500 cellules. Sa diapause dure environ 3 semaines.
• Mouffette tachetée : le blastocyste est plus gros (0,7 à 1,1 mm) pour un nombre de cellules similaire au vison. Sa diapause dure de 180 à 200 jours.
• Carcajou : l’embryon peut contenir plus de 700 cellules en diapause.
• Pinnipèdes (phoques, otaries) : la diapause dure généralement entre 2 et 4 mois.
• Ours noir : la diapause dure entre 2 et 5 mois, suivie d’une gestation active de 60 jours.
• Chevreuil : le stade de blastocyste libre est étendu à 4-5 mois.

La diapause facultative : Elle n’intervient que si les conditions extérieures sont difficiles, par exemple si la mère subit un stress métabolique lié à l’allaitement d’une portée précédente.

• Souris : si elle allaite, l’implantation est retardée d’environ 21 heures par jeune allaité. Le nombre de cellules passe de 30-40 à la naissance à 130 durant la diapause.
• Wallaby de l’île Eugène : l’embryon peut rester en diapause jusqu’à 11 mois sans perdre sa viabilité. Son blastocyste est composé d’environ 80 cellules.

La diapause mixte : Un mélange complexe des deux, observé principalement chez certains marsupiaux comme le wallaby de l’île Eugène, où la pause peut être provoquée soit par la saison, soit par la lactation

Les coulisses biologiques : comment ça marche ?

Pour que l’embryon s’arrête, un véritable dialogue moléculaire doit s’instaurer entre l’utérus et le futur bébé.
Au niveau moléculaire, des gènes spécifiques (appelés gènes MSX) ont été identifiés comme étant les gardiens de cet état de dormance. Ils maintiennent l’utérus dans un état de « repos » et protègent l’embryon contre les réactions inflammatoires qui pourraient lui être fatales.

1. La survie de l’embryon : le recyclage interne

Pendant cette période de pause, qui peut durer quelques jours ou plusieurs mois, l’embryon flotte librement dans l’utérus, sans aucun lien physique (placenta) avec sa mère.

Comment survit-il sans apport extérieur ?

Des recherches récentes montrent que l’embryon pratique une forme de « recyclage interne » appelé autophagie. En digérant une petite partie de ses propres composants et en consommant des gouttelettes de gras (lipides) stockées dans ses cellules, il parvient à maintenir son métabolisme de base en attendant le signal du réveil

2. Quel intérêt pour l’humain ?

Si l’humain ne pratique pas naturellement la diapause, l’étude de ce mécanisme ouvre des perspectives médicales majeures.
Comprendre comment un embryon peut stopper son cycle cellulaire sans mourir pourrait aider à : 

• Lutter contre l’infertilité : En résolvant des problèmes liés aux défauts d’implantation embryonnaire.
• La recherche contre le cancer : Les mécanismes qui permettent d’arrêter et de reprendre la division des cellules embryonnaires présentent des similitudes troublantes avec le comportement des cellules cancéreuses, ouvrant potentiellement la voie à de nouveaux traitements.

Pour les soigneurs animaliers, priorité à l’observation et pas au calendrier ! 

La compréhension de la diapause embryonnaire est cruciale pour la gestion de la reproduction, le suivi des gestations et le bien-être des animaux en parc.

1. Prévoir les dates de naissance (Dissocier accouplement de la parturition)

La diapause assure une dissociation temporelle entre l’accouplement et la mise bas. Un soigneur ne peut donc pas se baser sur les durées de gestation classiques pour les espèces pratiquant la diapause 

2. Éviter les « faux négatifs » lors des diagnostics de gestation

Pendant la diapause, l’embryon est au stade de blastocyste et n’est pas encore implanté dans l’utérus.

• Le suivi par échographie ou dosage hormonal doit tenir compte de cette phase de dormance où l’activité métabolique est extrêmement ralentie.

3. Maîtriser l’environnement lumineux (Photopériode)

Pour les espèces à diapause obligatoire (vison, chevreuil, ours, phoques), c’est la durée du jour qui dicte la reprise du développement. Un éclairage artificiel inadapté en parc zoologique pourrait perturber ces cycles 

4. Gérer le stress et la lactation (Diapause facultative)

Chez certaines espèces (rongeurs, insectivores, marsupiaux), la diapause est facultative et déclenchée par des facteurs externes sur lesquels le soigneur peut influer :

• Lactation : Si une femelle allaite déjà une portée, l’implantation de la suivante peut être retardée pour préserver les ressources de la mère. 
• Stress métabolique et social : Un stress important (transport, surpopulation, introduction d’un nouveau mâle) peut induire une diapause facultative.
• État nutritionnel : Une mauvaise condition physique de la femelle en automne peut retarder la date d’implantation de l’embryon.

La conséquence pour le milieu zoologique

La diapause embryonnaire impose une gestion reproductive plus fine, plus longue et plus incertaine.  

En parc elle oblige les équipes à :

• Travailler avec des calendriers flexibles, date de mise bas ne correspond pas à la date d’accouplement !
• Renforcer le monitoring physiologique, les équipes doivent gérer des fenêtres de naissance étendues avec des suivis véto de bonne gestation plus compliqués 
• Adapter les conditions environnementales, augmentation ou diminution des ressources alimentaires et des facteurs d’ambiance qui sont un des facteurs déclencheur de la diapause. 
• Anticiper les besoins en espace et en personnel, avec des protocoles de suivi parfois spécifiques
• Ajuster les stratégies de conservation, accouplements programmés moins prédictibles, complique la synchronisation des échanges entre institutions, nécessite des fenêtres de transfert plus prudentes pour éviter de déplacer une femelle en diapause avancée.

Importance pour la conservation des espèces menacées

La maîtrise de ces mécanismes est un outil majeur pour la survie d’espèces en danger, comme le panda géant. Comprendre comment suspendre ou relancer le développement embryonnaire permet d’améliorer les taux de réussite des programmes de reproduction assistée et de transfert d’embryons.

En conclusion, la diapause embryonnaire nous rappelle que la vie sait faire preuve d’une patience extraordinaire. Ce mécanisme, véritable chef-d’œuvre de l’évolution, prouve que parfois, pour mieux réussir, il faut savoir s’arrêter un instant.

Source : 

Charlotte Cristin. La diapause embryonnaire et sa régulation chez les mammifères, étude bibliographique de 1850 à nos jours. Sciences du Vivant [q-bio]. 2022. ‌dumas-03934839