Dans un geste sans précédent, deux équipes indépendantes de scientifiques ayant mené des études sur le même sujet ont décidé de publier simultanément leurs résultats dans la même revue. Les deux groupes de recherche ont mené des investigations de validation pour montrer qu’en échantillonnant l’air des environnements où vivent les animaux, ils peuvent collecter suffisamment d’ADN pour identifier les espèces présentes. Ils suggèrent que cette méthode d’échantillonnage pourrait être très utile pour des études non invasives sur la diversité animale, notamment dans les environnements où il est difficile d’observer des espèces résidentes.
L’équipe danoise a collecté des échantillons d’air du zoo de Copenhague tandis que l’équipe britannique a échantillonné l’air de différents endroits du parc zoologique de Hamerton dans le Huntingdonshire. Cette méthode les a aidés à déterminer la validité de leurs découvertes puisque la plupart des espèces présentes dans les zoos sont exotiques et ne peuvent provenir d’ailleurs que dans les limites du zoo. Leurs résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Biologie actuelle.
L’ADN est excrété par tous les animaux. Il s’installe dans l’environnement, dans les milieux aquatiques, dans l’air des milieux terrestres et sur des surfaces telles que les feuilles, la neige et le sol. Un tel ADN présent dans l’environnement est appelé ADN environnemental, ou eDNA.
L’échantillonnage et le séquençage de l’ADNe à partir d’échantillons d’eau sont une technique bien établie utilisée pour surveiller les organismes aquatiques. Mais les deux études actuelles soulignent l’utilité potentielle de l’ADNe pour identifier également la présence de différentes espèces animales dans les environnements terrestres, notamment lors d’enquêtes sur la biodiversité.
« La capture de l’ADN environnemental aéroporté des vertébrés nous permet de détecter même la présence d’animaux que nous ne pouvons pas voir », explique la chercheuse Kristine Bohmann, chef de l’équipe de l’Université de Copenhague.
Les méthodes traditionnelles de surveillance des animaux terrestres comprennent l’utilisation de caméras, la réalisation d’observations personnelles ou l’analyse des traces et des excréments laissés sur place. Ces méthodes peuvent impliquer un travail de terrain laborieux et intensif et ne renvoient souvent pas beaucoup de données.
« Plus tôt dans ma carrière, je suis allé à Madagascar dans l’espoir de voir beaucoup de lémuriens. Mais en réalité, je les ai rarement vus. Au lieu de cela, je les entendais surtout sauter à travers la canopée », explique Bohmann. « Ainsi, pour de nombreuses espèces, les détecter par observation directe peut représenter beaucoup de travail, surtout si elles sont insaisissables et vivent dans des habitats très fermés ou inaccessibles. »
Bien qu’il existe déjà quelques études montrant que les espèces vertébrées peuvent être identifiées grâce à l’ADNe filtré de l’air, l’utilisation de l’ADNe aéroporté pour étudier et surveiller les populations de vertébrés n’a pas été explorée auparavant.
« Comparé à ce que les gens trouvent dans les rivières et les lacs, surveiller l’ADN aéroporté est vraiment très difficile, car l’ADN semble extrêmement dilué dans l’air », explique Elizabeth Clare, chercheuse principale de l’équipe britannique et scientifique à la Mary University of London (Clare est maintenant à l’Université York à Toronto). « Mais nos études sur les zoos n’ont pas encore échoué pour différents échantillonneurs, gènes, emplacements et approches expérimentales. Tout cela a fonctionné, et étonnamment bien.
Les groupes de recherche ont mené leurs études dans les zoos locaux en collectant des échantillons à divers endroits du zoo, notamment à l’intérieur d’enceintes murées comme la maison tropicale et les écuries intérieures, ainsi que dans des enclos extérieurs en plein air.
« Pour collecter l’ADNe en suspension dans l’air, nous avons utilisé un ventilateur, comme celui que vous utiliseriez pour refroidir un ordinateur, et y avons attaché un filtre. Nous l’avons ensuite laissé fonctionner pendant un certain temps », explique Christina Lynggaard, première auteure et boursière postdoctorale à l’Université de Copenhague.
Le ventilateur aspire l’air du zoo et de ses environs, qui pourrait contenir du matériel génétique provenant de nombreuses sources, comme l’haleine, la salive, la fourrure ou les excréments, bien que les chercheurs n’aient pas déterminé les sources exactes. « Il pourrait s’agir de tout ce qui peut voler et qui est suffisamment petit pour continuer à flotter dans les airs », explique Lynggaard.
« Après filtration de l’air, nous avons extrait l’ADN du filtre et utilisé l’amplification PCR pour réaliser de nombreuses copies de l’ADN animal. Après le séquençage de l’ADN, nous avons traité les millions de séquences et les avons finalement comparées à une base de données de référence ADN pour identifier les espèces animales », a expliqué Lynggaard.
« Cela implique un acte de foi, car lorsque vous traitez des échantillons de tissus ordinaires ou même d’ADN aquatique, vous pouvez mesurer la quantité d’ADN dont vous disposez, mais avec ces échantillons, nous avons affaire à de minuscules quantités d’ADN d’un point de vue médico-légal », explique Claire. « Dans de nombreux cas, lorsque nous échantillonnons seulement pendant quelques minutes, nous ne pouvons pas mesurer l’ADN, et nous devons donc passer à l’étape suivante de la PCR où nous découvrons s’il y en a ou non. Lorsque nous échantillonnons pendant des heures, nous en obtenons davantage, mais il y a un compromis.
Dans chaque étude, les chercheurs ont détecté des animaux à l’intérieur du zoo ainsi que des animaux sauvages des zones naturelles voisines. L’équipe de Clare de l’Université Queen Mary de Londres a détecté l’ADN de 25 espèces de mammifères et d’oiseaux, et même l’ADN appartenant au hérisson eurasien, une espèce en voie de disparition au Royaume-Uni. L’équipe de Bohmann de l’Université de Copenhague a détecté 49 espèces de vertébrés non humains, dont des mammifères, des oiseaux, des reptiles, des amphibiens et des poissons. Il s’agissait notamment d’animaux de zoo, comme les okapis et les tatous et même le guppy dans un étang de la maison tropicale, d’animaux locaux comme les écureuils et d’animaux nuisibles comme le rat surmulot et la souris domestique.
L’équipe de l’Université de Copenhague a même détecté de l’ADN aéroporté provenant d’espèces de poissons utilisées comme nourriture pour d’autres animaux du zoo. Ils ont également constaté que les animaux plus gros ou plus proches du dispositif de filtration de l’air avaient une plus grande probabilité d’être détectés grâce à cette méthode.
L’équipe de l’Université Queen Mary a également découvert que l’ADNe est plus concentré dans les zones récemment habitées par des animaux, mais qu’il se disperse loin de ces sources et peut être détecté à des centaines de mètres d’elles. Cela indique que l’échantillonnage de l’ADNe en suspension dans l’air peut potentiellement être utilisé pour surveiller les populations animales à distance.
Les deux équipes ont veillé méticuleusement à ne pas contaminer leurs échantillons avec de l’ADN, notamment provenant de leurs propres laboratoires. En choisissant un zoo comme lieu de leurs études, les chercheurs connaissaient la position d’une vaste collection d’espèces non indigènes, ce qui leur permettait de faire la différence entre un signal ADN réel et un contaminant.
« Au départ, nous avions pensé aller dans une ferme, mais si vous prélevez l’ADN d’une vache, vous devez vous demander : « Est-ce que cette vache est ici ou est-ce une vache à une centaine de kilomètres d’ici ou dans le déjeuner de quelqu’un ? » explique Clare. « Mais en utilisant le zoo comme modèle, je n’ai aucun autre moyen de détecter l’ADN d’un tigre, à l’exception du tigre du zoo. Cela nous permet de vraiment tester les taux de détection.
« Nos deux laboratoires développent et appliquent de nouveaux outils. Il n’est donc peut-être pas si surprenant que nous ayons tous les deux eu la même idée en même temps », explique Clare.
Cependant, le fait que les deux groupes de recherche publient en même temps n’est pas une coïncidence. Après avoir consulté les articles de chacun sur un serveur de prépublication, les deux groupes ont décidé de soumettre ensemble leurs manuscrits à la revue. « Nous avons décidé de prendre un pari et de dire que nous n’étions pas disposés à rivaliser dans ce domaine », explique Clare. « En fait, c’est une idée tellement folle qu’il serait préférable d’avoir des confirmations indépendantes que cela fonctionne. Les deux équipes sont très impatientes de voir cette technique se développer.
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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur
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