Avec quelques verres d'eau, les scientifiques utilisent l'eDNA pour étudier des créatures rares et recluses

Nov 11, 2023

Certaines créatures dans l’océan sont solitaires, se cachant des sondes et des chaluts humains. D’autres créatures sont rares, poussées au bord de l’extinction par le réchauffement et les eaux de plus en plus acides.

L’étude de créatures rares et solitaires a posé des problèmes aux scientifiques dans le passé. Ces dernières années, l’ADN environnemental, ou ADNe, a aidé. Pour isoler l’ADNe, les scientifiques prélèvent de l’eau de l’océan.

« Vous capturez des choses qui tombent du poisson: des écailles, de la boue ou du caca, et vous obtenez de minuscules fragments, des cellules individuelles et ainsi de suite. Ensuite, vous essayez de trouver ces cellules dans une bouteille d’eau géante », a déclaré Andrew Shelton, écologiste de recherche à la National Oceanic and Atmospheric Administration.

Au cours d’un voyage de deux semaines en mai, des scientifiques ont prélevé des échantillons à bord du navire de recherche Bell M. Shimada de la NOAA lors d’une étude de l’écosystème du courant de Californie du Nord.

« Une personne recueillera des échantillons d’eau d’ADNe et viendra à cette station », a déclaré Jennifer Fisher, co-scientifique en chef du Shimada, en montrant aux autres comment utiliser l’équipement de filtrage de l’ADNe.

Après avoir échantillonné diverses profondeurs océaniques, les scientifiques ont fait passer de l’eau à travers des filtres de la taille d’un dollar d’argent, qui ressemblaient à de minuscules filtres à café.

Le bourdonnement des pompes a obscurci d’autres bruits dans le laboratoire humide du navire, où les scientifiques ont passé une grande partie de leurs presque deux semaines à bord du navire, recueillant des données qui pourraient aider à faire la lumière sur le minuscule plancton et d’autres formes de vie océanique qui servent de nourriture au saumon.

Le processus de filtration était parfois laborieux et prenait beaucoup de temps, en fonction de la quantité de crasse dans l’eau. Les pompes tiraient l’eau à travers des gobelets en verre recouverts de papier d’aluminium. Ensuite, l’excès d’eau s’est écoulé à travers des tuyaux et dans une bouteille plus grande.

Les scientifiques ont soigneusement retiré les filtres, qu’ils espéraient pleins d’ADNe. Les scientifiques ont utilisé une pince à épiler pour placer les filtres dans des tubes en plastique à analyser dans un laboratoire terrestre.

Au cours de la dernière décennie, la technologie de l’ADNe a également permis aux scientifiques de la conservation de déterminer si des espèces rares et menacées sont présentes dans des environnements particuliers. Plus récemment, les gestionnaires des pêches utilisent l’ADNe comme outil pour en apprendre davantage sur les stocks de poissons dans de vastes espaces, tels que l’océan.

Environ 65 des échantillons d’ADNe collectés par les scientifiques sur le Shimada sont allés à Nick Adams, un océanographe chercheur de la NOAA à Seattle. Des expéditions d’enquête plus tard dans la saison ont également recueilli des échantillons pour Adams à analyser.

Adams espérait déterminer la diversité du phytoplancton dans les échantillons d’eau prélevés sur le Shimada. Le phytoplancton est le premier maillon du réseau trophique océanique. Le phytoplancton nourrit d’autres organismes que le saumon mange.

« Lorsque nous ferons notre analyse sophistiquée, nous pourrons dire: » Oh, ce morceau d’ADN appartient à cet organisme, celui-ci appartient à cet organisme « , a déclaré Adams.

Ensuite, il travaillera avec d’autres scientifiques et les données recueillies à partir de l’enquête de Shimada pour comparer les informations et obtenir une image plus large de ce qui se passait dans l’océan où les échantillons ont été collectés.

Environ trois mois après le voyage de Shimada du 6 au 17 mai, Adams attendait l’analyse des échantillons d’ADNe. Les scientifiques avaient recueilli des échantillons pour Adams à chaque arrêt du navire.

Adams a stocké ces échantillons dans un congélateur à -80 degrés Celsius, ou -112 degrés Fahrenheit.

Pour préparer les échantillons, il a collé les filtres dans un tube avec de minuscules perles de verre et un tampon d’extraction d’ADN. Ensuite, une machine à battre à perles a secoué les échantillons.

« Cela bat juste la morve d’eux », a déclaré Adams. « Juste pour obtenir toutes les petites particules, et surtout le plancton, que je recherche. Certains phytoplanctons ont ces coquilles de silice, et elles sont difficiles à briser. »

C’est pourquoi la machine à battre les perles est pratique. Adams a ensuite stocké les échantillons pendant la nuit, les incubant à environ 132 degrés Fahrenheit.

Le lendemain matin, Adams a fait tourner les tubes d’échantillon et a retiré le tampon d’extraction d’ADN.

« L’ADN collera au verre sous des concentrations élevées de sel. Ainsi, l’ADN collera aux tubes de verre. Vous éliminez toutes les mauvaises choses, puis vous utilisez de l’eau ou un autre type de tampon pour enlever l’ADN du verre. Et puis vous avez l’ADN purifié », a déclaré Adams.

L’ADN purifié est ensuite examiné dans un processus appelé séquençage de l’ADN.

Un ordinateur puissant peut comparer les séquences d’ADN aux bases de données de séquences d’ADN de phytoplancton connues, ce qui, espérons-le, donnera à Adams des informations sur la diversité de l’ADN planctonique dans les échantillons collectés sur le Shimada. Les scientifiques espèrent que cette information pourrait indiquer s’il y aura de la bonne nourriture disponible pour le saumon dans l’océan.

Shelton a déclaré qu’il y a beaucoup de promesses dans ce que l’ADNe pourrait faire pour la science en termes de conservation et de gestion des pêches. Cependant, il y a encore beaucoup de place pour la croissance de l’ADNe, a-t-il déclaré.

« C’est très branché », a déclaré Shelton. « C’est une sorte de petit nouveau sur le bloc en ce moment. Chaque fois qu’il y a un nouvel enfant dans le quartier, le nouvel enfant reçoit beaucoup d’attention et beaucoup d’argent.

La science de l’ADNe en est encore à ses balbutiements, mais elle deviendra encore plus pertinente dans les années à venir, a déclaré Shelton, aidant à compléter d’autres types d’enquêtes sur les poissons, telles que le chalutage.

Dans le secteur de la pêche, ces autres types d’enquêtes existent depuis des décennies. Maintenant, alors que les scientifiques collectent et stockent en toute sécurité des données d’ADNe, ces informations continueront de donner aux scientifiques une idée des concentrations de poissons dans l’océan, a déclaré Shelton.

« Dans cinq ans, les données seront très utiles. Dans 10 ans, ce sera très utile. Dans 20 ans, ce sera très, très utile », a déclaré Shelton.

Récemment, Shelton a voulu voir si l’ADNe pouvait améliorer la gestion des pêches à grande échelle. Auparavant, l’ADNe était principalement utilisé par les défenseurs de l’environnement.

Shelton a utilisé l’ADNe pour étudier le merlu dans le courant de Californie du Nord, la plus grande pêche commerciale au large de la côte ouest. Les données de l’ADNe ont montré des résultats similaires à ceux des relevés acoustiques et au chalutage plus traditionnels.

Mais, l’océan est vaste. Les enquêteurs pourraient être à quelques mètres des échantillons d’ADNe, mais les courants pourraient pousser l’ADNe dans la direction opposée. Une façon d’éviter cela, a déclaré Shelton, est de prélever une tonne d’échantillons.

Les scientifiques ne peuvent pas déduire un univers de données à partir d’un échantillon, a déclaré Shelton.

Pensez-y de la même manière que de chercher du poisson dans le lac Green de Seattle, a-t-il déclaré.

« Vous ne sortez pas et ne mettez pas votre épuisette dedans et vous dites : « Zéro poisson dans mon épuisette. Il ne doit y avoir aucun poisson dans le lac Green », a déclaré Shelton. « Vous goûteriez tout autour du lac, dans les eaux peu profondes et dans les eaux profondes. Vous feriez une recherche systématique et réfléchie. »

À travers l’État, à Pullman, Meghan Parsley a recueilli des échantillons d’ADNe pour son travail de doctorat, dont une partie consiste à utiliser la quantité d’ADNe pour estimer la taille de la population de têtards de grenouilles des bois dans le Connecticut.

« C’est là que la magie opère », a déclaré Parsley, entrant dans un laboratoire clairsemé et propre de l’Université de l’État de Washington.

Garder l’ADN indésirable hors du laboratoire est difficile et implique beaucoup d’eau de Javel. « J’ai beaucoup de vêtements tachés d’eau de Javel », a déclaré Parsley.

Tout cet eau de Javel permet de s’assurer que l’ADN errant d’à peu près n’importe où ne se mélange pas à l’ADNe du têtard qu’elle veut traiter.

« J’aime faire le lien avec la pâtisserie, n’est-ce pas ? Il y a une recette et des instructions. Vous devez le suivre de très près, mais ce n’est vraiment qu’une série de réactions chimiques où vous divisez les cellules pour avoir accès à l’ADN », a déclaré Parsley.

Le laboratoire Goldberg de l’Université de l’État de Washington, où Parsley est membre du laboratoire, se concentre souvent sur les espèces rares à faible population.

« Je pense que l’ADNe change vraiment la façon dont les gens pensent à la surveillance et à la recherche d’où se trouvent les choses », a-t-elle déclaré.

En fait, elle travaille à repousser les limites en étudiant l’ARNe. Si l’ADN est le plan d’un corps, dit-elle, l’ARN traduit ce plan en action.

Alors que Parsley a déclaré que l’ARNe est plus capricieux que l’ADNe, elle a déclaré qu’elle voulait utiliser l’ARNe pour aider à déterminer l’âge de différentes ouaouarons et salamandres tigrées. Un inconvénient de l’ADNe à l’heure actuelle est qu’il peut aider à mesurer la quantité de quelque chose au lieu d’aider les scientifiques à en apprendre davantage sur l’âge, a déclaré Parsley, qu’elle pense que l’ARNe sera capable de mesurer.

Un autre domaine potentiel de recherche que les scientifiques espèrent étudier pourrait utiliser l’ARNe pour mesurer le niveau de stress d’une espèce particulière, a déclaré Parsley.

Pour déterminer l’âge avec l’ARNe, elle tente de détecter les têtards parmi une population de ouaouarons adultes, qui sont envahissants en Occident.

Ce type d’information pourrait aider les gestionnaires des terres qui pourraient passer des jours ou des semaines à essayer de trouver un ouaouarons qu’ils ont entendu au loin. Parfois, ces grenouilles ne font que passer, a déclaré Parsley, parfois les grenouilles se reproduisent dans un étang voisin.

Si les gestionnaires des terres soumettaient un échantillon d’eau que les scientifiques pourraient utiliser pour voir si des têtards de ouaouarons étaient présents, cela pourrait économiser beaucoup de temps et d’efforts, a déclaré Parsley.

« Nous essayons d’aider à discerner si une grenouille se reproduit sans avoir à passer beaucoup de temps à traquer cette grenouille que quelqu’un a entendue », a déclaré Parsley.

Bien que l’ADNe ou l’ARNe ne résoudra pas toutes les énigmes de la science de la conservation, cela pourrait fournir un autre outil pour aider les gestionnaires des terres à l’avenir, a-t-elle déclaré.

« Pourquoi ne pas utiliser l’ADNe et économiser notre main-d’œuvre et beaucoup d’heures et être en mesure de répandre l’amour à d’autres projets et à d’autres espèces », a déclaré Parsley.

En outre, Shelton a déclaré que l’ADNe pourrait rendre la science plus équitable. Les scientifiques n’ont pas besoin d’une flotte de navires pour rester sur l’océan pendant des jours ou des semaines. La technologie pourrait ouvrir des études pour la faune dans des régions du monde qui n’ont pas autant accès aux fonds de recherche, a déclaré Shelton.

« Il y a cette opportunité de diffuser beaucoup de ces informations et de les utiliser dans des endroits qui ne sont pas aussi bien développés », a déclaré Shelton.