Les traces de vie dans l’environnement révèlent la santé des écosystèmes, ce qui incite les scientifiques à les rechercher.
Par Jack McGovan
Au cours de ses études de doctorat en 2009, le professeur Kristy Deiner a parcouru les lacs de montagne de l’État américain de Californie pour aider un scientifique et gestionnaire du parc à étudier les grenouilles.
Un agent pathogène ressemblant à un champignon dévastait la population d’amphibiens dans les montagnes de la Sierra Nevada. De plus, les grenouilles étaient menacées par l’introduction de poissons dans les lacs.
Piscines éclairantes
«Ce qui m’a vraiment intéressé, c’est de voir comment l’introduction d’une nouvelle espèce dans le lac a modifié toutes les autres espèces de cet écosystème», a déclaré Deiner, qui étudie la biodiversité et la manière de la préserver à l’université suisse ETH Zürich.
À l’époque, elle pensait à bien plus que les grenouilles et les poissons, se demandant combien d’autres formes de vie animale et végétale – certaines peut-être jamais documentées – existaient dans ces lacs et comment elles interagissaient.
Deiner dirige un projet financé par l’UE visant à examiner la biodiversité à travers un prisme inhabituel : l’ADN environnemental, ou eDNA, qui est rejeté dans l’environnement par les organismes vivants.
Deiner estime que l’ADNe peut offrir des informations sur les espèces qui dépassent la capacité de la méthode de détection traditionnelle de l’observation humaine sur le terrain. Appelé ADNLeson projet a débuté en mars 2020 et se poursuivra jusqu’en février 2025.
À l’échelle mondiale, les populations d’animaux sauvages ont décliné 69% en moyenne sur les 50 dernières années. Dans l’UE, quatre cinquièmes des habitats sont en mauvais état et une espèce d’abeille et de papillon sur trois est en déclin.
Les scientifiques sont appeler la perte dramatique de la biodiversité mondiale, la sixième extinction massive. Contrairement aux cinq mortalités précédentes remontant à des millions d’années, la mortalité actuelle est principalement due aux activités humaines, notamment à l’utilisation des terres, de l’eau et de l’énergie, ainsi qu’à la pollution qui y est associée.
En collectant l’ADNe, Deiner espère réaliser des évaluations plus précises de la biodiversité et même découvrir de nouvelles espèces.
L’UE des plans des objectifs contraignants pour la restauration de tous les écosystèmes qui en ont besoin d’ici 2050 – un objectif que l’étude de l’eDNA pourrait faciliter.
Étant donné que l’ADNe est transporté par les rivières et les ruisseaux et finit souvent dans les lacs, Deiner pense que c’est le meilleur endroit pour le collecter.
«Si nous échantillonnons simplement les lacs, nous pourrons peut-être capturer toute la vie qui vit dans l’ensemble de ce bassin versant avec très peu d’effort», a-t-elle déclaré.
Grande idée, grand test
Pour tester cette idée, LeDNA prévoit une enquête mondiale sur la « science citoyenne » le 22 mai 2024, Journée mondiale de la biodiversité.
Des personnes du monde entier seront mobilisées pour prélever des échantillons afin de déterminer si l’utilisation des lacs pour détecter l’ADNe fonctionne à grande échelle.
Les chercheurs de LeDNA ont développé un dispositif d’échantillonnage spécial qu’ils prévoient de mettre à la disposition des participants.
L’objectif est de tester 1 200 lacs. L’équipe LeDNA est nous recrutons toujours des participants et leur apprendre à utiliser l’outil d’échantillonnage.
L’appareil est une capsule qui fonctionne de la même manière qu’une capsule de collecte d’ADNe classique : lorsque l’eau passe à travers, un filtre collecte l’ADNe.
Mais contrairement au dispositif normal, le LeDNA peut fonctionner sans équipement coûteux, selon Deiner, qui a refusé de donner plus de détails en raison d’une demande de brevet en cours.
« Nous voulions essayer de créer quelque chose de très simple que même quelqu’un qui n’a aucune formation scientifique pourrait utiliser », a-t-elle déclaré.
Une fois collectés, les échantillons seront renvoyés à l’ETH Zürich et les données seront partagées ouvertement.
Nouvel objectif
Deiner aurait aimé avoir un tel instrument en 2009 dans les montagnes de la Sierra Nevada. Elle soupçonnait à l’époque que les lacs contiendraient de l’ADNe, mais aucun moyen n’existait pour l’extraire.
« Je ne savais pas comment collecter l’ADNe à l’époque », a déclaré Deiner.
Si la nouvelle méthode s’avère efficace, elle a déclaré qu’une image beaucoup plus claire de toutes les formes de vie sur Terre pourrait émerger.
Cette vie a souvent évolué sur des millions d’années et peut être extrêmement adaptable, offrant ainsi la perspective de nouvelles connaissances importantes sur la préservation de la biodiversité.
« C’est tout simplement irremplaçable », a déclaré Deiner. « La vie est assez résiliente, donc si on lui donne une chance, elle peut se régénérer. »
Focus sur la forêt
Tandis qu’elle et son équipe se concentrent sur l’ADNe dans les lacs, d’autres chercheurs financés par l’UE le recherchent dans les forêts, car elles constituent également une source potentiellement riche.
Appelé BIOESPACEce projet a démarré en septembre 2019 et devrait se poursuivre jusqu’à fin août 2024. Les chercheurs se concentrent sur les bactéries, les champignons et le microbiome des microarthropodes dans les forêts.
L’objectif est de déterminer comment certaines caractéristiques telles que l’acidité du sol, la teneur en eau, les composés biochimiques des feuilles et le type de forêt influencent les écosystèmes du microbiome forestier. Il est particulièrement intéressant de comprendre comment l’habitat forestier détermine la richesse et la composition des espèces microbiennes.
« En examinant l’ADN environnemental dans une cuillère à café de sol, ou à la surface ou à l’intérieur d’une feuille, vous pouvez potentiellement identifier les milliers d’espèces qui pullulent dans l’écosystème forestier », a déclaré Andrew Skidmore, professeur d’écologie spatiale à l’Université de Twente aux Pays-Bas.
Il dirige BIOSPACE, qui a collecté de l’ADNe dans les forêts tempérées de l’UE, notamment en Finlande, en Allemagne et aux Pays-Bas. L’équipe a également utilisé des données open source provenant d’autres projets de recherche en Amérique du Nord.
Prise en charge des satellites
Pour les aider, les chercheurs utilisent des images satellites. Les images prises depuis l’espace aident les experts à établir des liens entre n’importe quel endroit spécifique de la Terre et une série de zones présentant des caractéristiques écologiques similaires.
En combinant des échantillons d’ADNe réels avec des images satellite, l’équipe peut prédire la biodiversité microbienne sur des zones et des périodes plus étendues.
C’est particulièrement précieux étant donné qu’une myriade d’endroits sur Terre n’ont fait l’objet d’aucun échantillonnage de biodiversité sur place.
« Il existe de vastes régions du globe pour lesquelles aucune donnée n’est enregistrée », a déclaré Skidmore.
BIOSPACE a déjà prédit l’abondance relative des micro-organismes dans trois écosystèmes terrestres d’Amérique du Nord – une première dans ce domaine. Cela ouvre la voie à de futures évaluations de la façon dont ces microbes évoluent au fil du temps.
Skidmore a déclaré que l’échantillonnage d’ADNe tel que celui effectué par le projet présente un autre grand avantage : il est systématique et impartial.
Il a déclaré que les informations traditionnelles sur la biodiversité reflètent souvent ce que les humains trouvent attrayant dans des espèces particulières plutôt que ce qui pourrait avoir la plus grande valeur scientifique.
« Une grande partie de nos connaissances sur ce qui est menacé et en voie de disparition vient essentiellement de ce qui intéresse les gens », a déclaré Skidmore. «Il est temps de donner également la parole aux espèces moins connues.»
La recherche présentée dans cet article a été financée par l’UE via le Conseil européen de la recherche (ERC). Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.
Plus d’informations
Cet article a été initialement publié dans Horizonle magazine européen de la recherche et de l’innovation.
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