Des chercheurs utilisent l’ADN environnemental pour surveiller les écosystèmes marins

Une seule tasse d'eau contient des empreintes digitales de poisson

Comme tout pêcheur passionné le sait, il faut parfois beaucoup devinettes pour déterminer où se cachent les poissons. Pour les biologistes, tenter de déterminer quand une migration de poissons a lieu, quelles espèces vivent dans un cours d’eau particulier et quelles espèces se reproduisent dans une zone océanique donnée peut être un casse-tête similaire. Mais Mark Stoeckle, associé de recherche principal à l'Université Rockefeller, et d'autres scientifiques utilisent une technique récente appelée ADN environnemental (eDNA) pour surveiller les créatures aquatiques ; il a le potentiel de fournir aux défenseurs de l’environnement un nouvel outil puissant.

L'idée n'est pas nouvelle. Il y a environ dix ans, des scientifiques européens ont réalisé qu'ils pouvaient déterminer ce qu'il y avait dans un étang en collectant un échantillon d'eau et en l'analysant pour l'ADN, car les animaux aquatiques se soulagent constamment, meurent, se débarrassent de leur peau ou de leurs écailles et laissent généralement beaucoup d'eau. des fragments de leur matériel génétique flottant. Au fil des années, à mesure que le séquençage de l'ADN est devenu plus rapide et moins coûteux, de plus en plus de chercheurs ont commencé à expérimenter l'ADNe, en analysant des échantillons d'eau pour détecter les poissons, les mollusques, les mammifères et tout ce qui vit dans ou à proximité de l'eau.

Stoeckle, fasciné par la technique, a expérimenté le séquençage des poissons dans Central Park. Mais il voulait en savoir plus sur ce que montraient les résultats. «Je me posais des questions sur ce que la méthode détecte», dit-il. « Que signifie l’ADN ? Est-ce à cause des poissons qui étaient là-bas ? L’ADN arrive-t-il depuis d’autres zones ? J’ai réalisé que les migrations saisonnières des poissons dans l’estuaire de la baie d’Hudson étaient un endroit parfait pour tester cela.

Entre janvier et juillet 2016, Stoeckle et une équipe d'assistants de lycée ont jeté chaque semaine des seaux dans la rivière depuis deux sites de Manhattan, puis ont recherché des fragments identifiables d'ADN de poisson. Alors que les premiers échantillons contenaient peu ou pas d'ADNe, le taux de détection a commencé à augmenter jusqu'à ce que l'équipe trouve systématiquement du matériel génétique de 10 à 15 espèces de poissons au début de l'été, une découverte qui coïncidait avec ce que les chercheurs savaient déjà sur les migrations des poissons dans l'Hudson.

Au total, la recherche a détecté 42 espèces de poissons (ainsi que des échantillons de poissons de restaurant comme le tilapia et le branzino rejetés dans les eaux usées de la ville), dont environ 80 % sont connues pour être communes localement. Plus important encore, ils ont découvert que l’ADN durait pendant ce que Stoeckle appelle la période « Golidlocks ». Il persiste dans l'eau assez longtemps pour indiquer la présence des poissons, mais se dégrade rapidement une fois que les poissons quittent la zone. Lorsqu’un grand nombre d’espèces de poissons pénètrent dans la rivière, leur ADN apparaît, puis disparaît rapidement des échantillons une fois qu’ils ont quitté la rivière. La recherche paraît dans la revue PLOS Un.

À Seattle, Ryan Kelly, professeur adjoint d'affaires marines et environnementales à l'Université de Washington, a également travaillé sur plusieurs études sur l'eDNA. Dans l'un d'entre eux, son équipe a examiné l'effet de l'urbanisation sur la biodiversité à Puget Sound, en utilisant l'ADNe pour trouver 1 600 espèces différentes vivant dans la région. L'étude a montré que même s'il y avait une plus grande diversité d'espèces à proximité des zones urbaines, les zones étaient plus homogènes, tandis que les sections éloignées du détroit abritaient différentes collections d'espèces.

Alors que l'étude de Stoekle contribue à montrer les limites temporelles de l'ADNe, l'une des autres grandes questions est de savoir comment mesurer la quantité d'une espèce de poisson à l'aide de cette méthode. C'est un projet sur lequel Kelly travaille actuellement, en examinant l'ADNe provenant de sites de comptage de saumons pour voir si l'ADNe peut révéler l'abondance relative d'une espèce. Une fois ces types de questions résolus, l’ADNe pourrait être utilisé pour tous les types de recherche.

Même sous sa forme actuelle, la technique enthousiasme la communauté de la conservation. Stoeckle dit que le Corps des ingénieurs de l'armée est intéressé par cette technique car ils effectuent beaucoup de dragage et doivent chronométrer leur activité en fonction des migrations et de la reproduction des poissons. Actuellement, ils doivent utiliser beaucoup de main d’œuvre pour pêcher le poisson au chalut, mais l’eDNA pourrait simplifier cela. « Les gens représentent la partie la plus coûteuse de la recherche marine », explique Stoeckle. « J'ai fait les calculs, et l'eDNA permet d'économiser du temps et de l'argent. Comparez le retrait d'un seau d'eau avec l'affrètement d'un chalutier pour collecter des échantillons de poisson à 10 000 $ par jour. C'est un ordre de grandeur moins coûteux à réaliser.

Stoeckle collabore également avec un groupe qui déploie des bouées d'écoute entre 300 et 1 000 mètres sous l'océan pour surveiller les poissons d'eau profonde. Désormais, ils peuvent prélever un échantillon d’eau et détecter génétiquement les poissons qui y vivent sans ajouter beaucoup de coûts supplémentaires à l’étude. Il travaillera également cet été avec la NOAA, en utilisant l'ADNe pour étudier comment les parcs à huîtres et l'aquaculture affectent la diversité des espèces.

Kelly dit avoir constaté un grand intérêt de la part d'autres chercheurs ainsi que de gestionnaires de ressources étatiques, locaux et fédéraux pour l'utilisation de l'eDNA. Il envisage un jour où ces groupes pourront simplement collecter des échantillons d’eau et les envoyer à un laboratoire pour surveiller la diversité et la santé des eaux qu’ils protègent.

«Je fais cela tous les jours, et il est facile de perdre de vue à quel point il est époustouflant de pouvoir obtenir cela avec un verre d'eau», déclare Kelly. « Ce n’est que la pointe de l’iceberg. Il existe une énorme source d’informations, et nous n’en sommes qu’à nos débuts.