Imaginez que vous étudiez des animaux sans les voir. Cela vous semble-t-il ridicule? Pour les personnes comme nous, qui avons commencé à s'intéresser à la biologie parce que nous aimons les animaux et aimons les étudier, oui, cela ressemble à une mauvaise affaire. Pourtant, si vous pensez à ce que font les enquêteurs légistes lorsqu'ils recherchent des preuves ADN sur le lieu d'un crime ou à ce que font les médecins lorsqu'ils détectent un agent pathogène dans le sang d'un patient, c'est exactement cela: ils détectent des formes de vie sans les voir.
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L'ADN est l'empreinte bleue de la vie. Il est présent dans pratiquement tous les organismes sur Terre et nous l’étudions généralement en l’extrayant d’un morceau de tissu ou d’un échantillon de sang. Mais en réalité, l'ADN est omniprésent: les animaux le perdent constamment, quand ils se gratteront, quand ils relâcheront de l'urine, des œufs, de la salive, des excréments et, bien sûr, quand ils mourront. Chaque environnement, de votre lit aux recoins les plus profonds des océans, regorge de «poussières biologiques», principalement du matériel cellulaire, qui contient l’ADN des organismes qui l’ont laissé. Ceci, nous l'appelons «ADN environnemental» ou eDNA.
Grâce à une technologie de plus en plus rapide, précise et abordable, les scientifiques ont commencé, ces dernières années, à séquencer cet ADN sous forme de trace dans de nombreux environnements. Et cette approche «micro» s’est même avérée utile aux scientifiques qui étudient des environnements aussi vastes que les océans.
Judith nageant avec une tête de marteau aux Bahamas: les requins sont difficiles à observer et à suivre car l'océan est si vaste. (Nicolo Roccatagliata, auteur fourni) De nombreux animaux marins sont grands, rares, insaisissables et très mobiles. Les requins en sont un exemple évident: dans les océans, ils ne constituent qu'une petite partie de la biomasse, mais la plupart d'entre eux sont difficiles à capturer et ils sont en conflit avec les humains depuis que nous nous aventurons en mer. À quelques exceptions près, ils nous évitent et, à cause de nous, beaucoup sont menacés d'extinction.
C’est la raison pour laquelle nous avons pensé qu’il serait intéressant de voir si, en prélevant quelques bouteilles d’eau de mer (et les fragments d’ADN qu’il contient), nous pourrions rapidement cartographier la présence et la distribution des requins, sans engager de chasse sauvage ni employer temps et ressources. méthodes intensives de pêche au requin. Nous étions heureux d'apprendre que cela était effectivement possible et que différentes espèces pouvaient être détectées dans différentes régions géographiques, bien que les zones plus affectées par l'homme présenteraient une faible présence de requins.
Échantillonnage de Stefano au Belize (Judith Bakker, auteur fourni) Mais la véritable mesure de l'efficacité de cette approche de surveillance du requin par l'ADN e ne serait révélée que si elle était comparée à des méthodologies établies et éprouvées, telles que des recensements visuels en plongée sous-marine ou des enregistrements par caméra sous-marine appâtés.
C’était l’objet de notre dernière étude, menée avec des collègues basés dans l’archipel du Pacifique Sud de Nouvelle-Calédonie, en France, en Australie et aux États-Unis, et publiée à présent dans la revue Science Advances . Les résultats ont été très intéressants: 22 échantillons d'eau prélevés en quelques semaines ont détecté plus de requins que des centaines d'observations par caméra sous-marine appâtées sur deux ans et des milliers de plongées en plongée sur une période de plusieurs décennies. Près de la moitié des espèces détectées grâce à l'ADN environnemental n'a pas pu être trouvée du tout avec les méthodes traditionnelles. Et bien que l'e-ADN puisse détecter la présence de certains requins dans environ 90% des échantillons, les caméras sous-marines ne peuvent en gérer qu'un peu plus de 50% et la plongée sous-marine environ 15%.
Nouvelle-Calédonie: seuls 22 échantillons d’eau d’ADN (étoiles rouges) ont détecté plus de requins que de nombreux enregistrements par caméra (bleu) ou de plongée sous-marine (verte). (Boussarie & Bakker et al (2018)) Fait intéressant, l'eDNA a surperformé les autres méthodes dans les zones vierges et touchées. Une gamme d'espèces de requins a été détectée même dans des zones animées, bruyantes et épuisées, où l'on pensait qu'elles étaient disparues. Ceci suggère qu'une certaine «diversité sombre» peut encore être présente, sous la forme d'individus restants et de groupes nécessitant une protection. De même, l’ADNc peut aider en révélant l’apparition d’espèces exotiques nouvellement établies qui élargissent leur gamme. Tout cela est une bonne nouvelle pour tout le monde et c'est pourquoi.
Compte tenu de la rapidité et de l'efficacité de l'échantillonnage de l'e-ADN, une partie beaucoup plus large de la mer peut être analysée, dans un délai plus court, pour obtenir une vue d'ensemble des tendances de la diversité sur de vastes zones et habitats, selon des gradients environnementaux et à des moments différents. Potentiellement, nous pourrions rapidement créer des cartes de la diversité des espèces et les utiliser pour créer des modèles prédictifs et identifier les facteurs qui influencent la diversité, tandis que des méthodes sont en cours d’élaboration pour améliorer l’aspect quantitatif de la détection de l’ADN électronique, y compris chez d’autres espèces charismatiques. Tout cela sera d'une grande aide pour ceux qui doivent élaborer des plans pour protéger les habitats et les écosystèmes essentiels.
La science de l'ADN environnemental se développe rapidement. Les bases de données que nous utilisons pour apparier les séquences inconnues extraites de la mer doivent être enrichies de nouvelles références ADN de nombreuses espèces existantes - chaque étude multi-espèces à ce jour a détecté de grandes quantités de séquences qui ne pouvaient être comparées à aucune référence. Une proportion importante de ceux-ci appartiennent à des organismes qui doivent encore être décrits par les scientifiques.
Les «sondes ADN» actuellement disponibles devront s'allonger, des séquences courtes pouvant parfois ne pas distinguer des espèces étroitement apparentées. Par exemple, le requin point noir a partagé certaines séquences identiques avec le requin gris du récif le long du segment d’ADN utilisé dans notre étude. Néanmoins, toutes les indications initiales suggèrent que cette approche peut nous aider à mieux comprendre et à mieux gérer le plus grand écosystème de la planète.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Stefano Mariani, chaire en génétique de la conservation, université de Salford
Judith Bakker, chargée de recherche, environnement et sciences de la vie, Université de Salford
