Neil Gemmell a un plan secret pour retrouver la trace de Nessie, le monstre du Loch Ness.
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Non, vraiment, il a réfléchi à cela. S'il y a quelque chose de grand et d'étrange dans le Loch, ce serait jeter des cellules pleines d'ADN comme n'importe quoi d'autre. Probablement beaucoup. Gemmell, professeur de génomique à l’Université d’Otago en Nouvelle-Zélande, déclare que nous en savons assez sur ce à quoi il devrait ressembler pour dire s’il existe un plésiosaure vivant dans l'Ecosse d'aujourd'hui.
Il vous suffit donc de déterminer si un ADN de plésiosaure flotte dans ces profondeurs aquatiques. Entrez eDNA. Non, ce n'est pas la version électronique de l'ADN. En termes simples, l'ADN e est ce que les scientifiques appellent tout matériel génétique acquis dans l'environnement plutôt que la créature elle-même. Et, bien que techniquement, l’ADNc se cache dans le sol ou dans l’air, l’eau est un moyen particulièrement utile car elle peut être si facilement collectée, contrainte et réduite.
Prenez un verre d'eau dans votre cours d'eau et maintenez-le à la lumière. Ces eaux boueuses et tourbillonnantes sont pleines de traces invisibles de la vie. Du bassin de poissons rouges au centre commercial aux vagues qui chevauchent le bord de mer, chaque masse d’eau est une bouillie de cellules éliminées. De plus, des scientifiques ont récemment mis au point des méthodes permettant de filtrer les séquences d’ADN de ce coulis afin de différencier un crabe bleu, un rorqual bleu ou même un monstre du Loch Ness, sans jamais jeter un oeil sur l’animal lui-même.
Pour être parfaitement clair, Gemmell ne parie pas sur la possibilité de trouver un plésiosaure dans le Loch Ness. Mais il est prêt à faire un pari sur la puissance de l'eDNA pour nous aider à concevoir de nouvelles stratégies de conservation et même à résoudre certains des mystères écologiques les plus persistants de notre époque.
Le potentiel de cette technique est vaste: en Croatie, les scientifiques l’utilisent pour fouiller les grottes à la recherche d’une salamandre aquatique aveugle et incolore connue sous le nom de dragon des cavernes, oumol. Dans le sud-est américain, l'e-ADN nous dit combien d'amphibiens géants et secrets connus sous le nom de Hellbenders ont décliné dans leur aire de répartition historique. En Asie, des chercheurs viennent de prouver que l’ADN e peut également être utilisé pour étudier les méduses telles que l’ortie japonaise. Et en Australie, des scientifiques ont découvert que des essais similaires pouvaient être utilisés pour étudier l'activité de frai chez la perche Macquarie, une espèce en voie de disparition.
«Je ne veux vraiment pas être connu comme le type qui recherche le monstre du Loch Ness», a déclaré Gemmell. «Mais je pense que c’est un excellent moyen de faire parler l’eDNA des gens.»
Un marsouin du Yangtze à l'Institut d'hydrobiologie de l'Académie chinoise des sciences de Wuhan, dans la province du Hubei, dans le centre de la Chine, le 10 mai 2016. Selon les scientifiques, la population actuelle de marsouins sans fin est inférieure à 1 000. (Xinhua / Alamy) Pour vous donner une idée de l'apparence de l'e-ADN, imaginez que vous faites du pain et que vous venez de répandre un tas de farine sur le comptoir. Après avoir malaxé le pain pendant un moment, ce petit bout de poussière qui reste? C'est essentiellement ce qu'il peut extraire d'un litre d'eau prélevé dans la rivière Hudson, explique Mark Stoeckle, associé principal de recherche au programme pour l'environnement humain de l'Université Rockefeller. Seul l'eDNA n'est pas blanchi. C'est marron foncé.
Et pour les animaux qui ne sont pas aussi hypothétiques que Nellie, ce matériau brun foncé est très prometteur. En parcourant la littérature scientifique, vous constaterez que l'ADN électronique est déjà utilisé dans le monde entier pour mieux comprendre le comportement et la dynamique des populations d'espèces critiques.
Le marsouin sans fin du Yangtsé en est un exemple, un sujet notoirement difficile à étudier. Pour commencer, il reste moins de 1 050 animaux, ce qui confère à l'espèce un statut d'importance en danger de disparition de la part de l'Union internationale pour la conservation de la nature. De plus, les marsouins (comme leur nom l'indique) n'ont pas de nageoire dorsale, ce qui signifie qu'ils ne cassent presque pas la surface lorsqu'ils respirent, et que leur peau a la même teinte gris foncé que les eaux qu'ils habitent.
«Honnêtement, je peux dire que je n'en ai jamais vu dans la nature», déclare Kathryn Stewart, biologiste à l'Institut de la biodiversité et de la dynamique des écosystèmes de l'Université d'Amsterdam. Mais grâce à l'eDNA, cela n'empêche pas Stewart d'étudier cette espèce cryptique. «En utilisant l'eDNA, nous sommes en mesure de réduire les coûts et les délais nécessaires à un échantillonnage complet et précis, ce qui est toujours une préoccupation pour le travail de conservation, en particulier dans les pays en développement où les priorités et l'argent sont souvent faibles», dit-elle.
En fin de compte, l’objectif est de déterminer les facteurs qui contribuent le plus au déclin du marsouin, et ce, rapidement. Selon l’UICN, l’espèce présente un risque «extrêmement élevé» d’extinction au cours des trois prochaines générations seulement. "Les barrages, les filets maillants et l’augmentation du trafic maritime paraissent tous de bons pari, mais vu la difficulté des animaux à les suivre, il est Il est presque impossible de savoir où se trouvent les dernières ruines de l’espèce et ce qui les rend plus habitables que les vastes étendues d’une rivière où les mammifères marins se développaient autrefois.
Stewart s’efforce à présent de mettre au point des moyens permettant à l’ADNe de révéler non seulement la présence ou non d’une espèce, mais aussi son abondance dans un plan d’eau donné. Ces résultats pourraient ensuite être mis en corrélation avec d'autres informations - la présence de certaines espèces de proies, par exemple, ou la proximité de zones denses en habitations humaines - afin de déterminer les conditions que le marsouin sans fine Yang peut tolérer.
«Il est évident que l'optimisation des techniques d'e-ADN pour différentes espèces et environnements est un travail fastidieux, mais pour la plupart, c'est un énorme pas en avant - une révolution si vous voulez - pour la biologie de la conservation».
Bien que la rivière Hudson à New York ne semble pas être un bastion de la biodiversité, elle constitue un écosystème particulièrement intéressant et stimulant pour les chercheurs en ADNe. (Gavin Hellier / Alamy) L'ADN est une molécule de contrastes. D'une certaine manière, il est remarquablement robuste, survivant des centaines de milliers d'années enseveli dans des roches solides ou près des températures d'ébullition trouvées près des sources hydrothermales des grands fonds marins (mais non, fans de Jurassic Park, il ne survivra probablement pas aux insectes enveloppés d'ambre depuis des millions d'années). À d'autres égards, il est extrêmement fragile: l'ADN peut également être dégradé par la lumière du soleil, la turbulence de l'eau et certains produits chimiques.
Mais quand vous y arrivez, quelle qualité gagne?
C'est la question à laquelle Stoeckle de l'Université Rockefeller et ses collègues ont tenté de répondre l'année dernière. L’équipe a passé six mois à collecter des échantillons d’eau hebdomadaires dans deux des rivières de la ville de New York pour voir ce que l’ADNe pourrait nous révéler au sujet des espèces de poissons qui y vivent. La grosse pomme n’est peut-être pas l’un des habitats aquatiques les plus vierges ou les plus colorés de la planète, mais selon M. Stoeckle, la confluence de toute cette eau douce et eau de mer constitue un domaine d’étude particulièrement intéressant et stimulant pour les tests d’ADN.
Stoeckle voulait savoir: L’ADN est-il si robuste que l’échantillonnage d’un port rapporterait une gamme vertigineuse d’espèces, des sources et des berges des montagnes aux estuaires côtiers, en haute mer et en haute mer? Ou l’ADN était-il si fragile qu’il a disparu ou s’est dégradé avant que nous puissions le collecter et l’analyser? Il se trouve que la réponse se situe entre les deux.
«Non seulement avons-nous trouvé le bon type de poisson, mais nous l'avons trouvé au bon moment», explique Stoeckle. «En hiver, lorsque les pêcheurs vous disent que cela ne vaut pas la peine de mettre une ligne à l'eau, nous n'obtenons que très peu, voire aucun e-ADN de poisson. Ensuite, à partir d'avril et de mai, la récupération de l'ADN des poissons augmente progressivement jusqu'au milieu de l'été, lorsque vous obtenez 10 à 15 espèces dans un échantillon moyen. »
En d'autres termes, les conclusions de Stoeckle, publiées dans la revue PLOSONE en avril, ont réaffirmé ce que nous savions déjà sur les migrations de poissons dans les ports de New York: par exemple, le bar de mer noire se déplaçait au large en hiver et rentrait au port au printemps.
Et c'est crucial. Bien que l'étude aurait probablement fait beaucoup plus de gros titres s'ils avaient trouvé de l'ADN d'alligator s'écoulant des égouts (ou de Nessie!), Ces résultats sont bien plus importants car ils sont attendus. La raison en est que l'eDNA est encore un outil relativement nouveau et que, s'il doit être pris au sérieux, il doit être calibré avec les données fiables recueillies à l'aide des méthodes qu'il pourrait éventuellement remplacer.
Mais peut-être la plus grande promesse offerte par l'eDNA? Le potentiel pour les scientifiques de mener une science délirante à un prix abordable.
Une vue de l'East River à New York, l'un des sites de collection de Stoeckle. (Mark Stoeckle) La plupart de ce que nous savons sur les migrations de poissons provient de la chute de tonnes de filets et de la récolte, ou de l'utilisation de pings solaires pour créer un instantané de ce qui se passe ci-dessous. Dans les petits cours d'eau, les scientifiques peuvent utiliser des baguettes électrifiées pour assommer les poissons et autres créatures aquatiques, leur permettant ainsi de mener des enquêtes relativement approfondies sur les créatures les plus sournoises. Mais toutes ces méthodes nécessitent deux choses en grande quantité: temps et argent.
«Tous ceux qui mènent des enquêtes sur la vie marine voudraient augmenter la fréquence et la densité de l'échantillonnage», déclare Jesse Ausubel, l'un des fondateurs et dirigeants du Census of Marine Life. Mais Ausubel affirme que la location d’un navire peut coûter entre 10 000 et 150 000 dollars par jour, ce qui limite considérablement le nombre de fois où les scientifiques peuvent se permettre de larguer leurs filets ou d’allumer leur sonar.
«Il en résulte des lacunes énormes dans ce que nous savons», a déclaré Ausubel, qui est également directeur du programme pour l'environnement humain de l'Université Rockefeller, où il dirige le groupe dont Stoeckle fait partie.
Heureusement, les progrès récents de la technologie de séquençage de l’ADN ont permis de ramener les coûts associés aux dosages d’ADN à environ 50 dollars par échantillon. Cela signifie que les scientifiques peuvent collecter des échantillons et mener des enquêtes beaucoup plus souvent qu'ils ne pourraient se permettre en utilisant les méthodes de surveillance traditionnelles. Et contrairement à l'identification d'une espèce sur la base de ses caractéristiques physiques - une habileté délicate qui nécessite beaucoup d'expérience et peut toujours produire de fausses données - les échantillons d'ADNc peuvent être collectés assez facilement par quiconque ayant une petite formation et un contenant stérile.
Enfin, contrairement au chalutage, au sonar ou à la pêche électrique, l’échantillonnage d’ADNe est pratiquement sans impact. Cela rend la technique particulièrement attrayante pour l'arpentage des espèces qui sont déjà sur les cordes. Pour Stewart, c'est l'une des meilleures choses à propos de l'utilisation de l'eDNA: cela lui permet de poser des questions sur les marsouins du Yangtze sans ajouter encore plus de trafic de bateaux à leurs habitats.
Stewart souligne que l'ADN complémentaire pourrait être particulièrement important pour les pays en développement, car ils présentent souvent des niveaux d'endémisme élevés et un risque accru de perte d'espèces, tout en disposant de moins de ressources pour investir dans la conservation. «Bien que nous voulions protéger autant que possible la biodiversité, nous devons en réalité prendre des décisions difficiles pour savoir où et comment financer la conservation», a-t-elle déclaré. Et avec l'eDNA, nous pouvons faire en sorte que ces fonds limités aillent encore plus loin.
De plus, au-delà de la conservation d'animaux connus, l'eDNA pourrait également aider les biologistes à découvrir des espèces cachées nageant sous notre nez. David Lodge, biologiste à l'Université Cornell et directeur du Centre Atkinson pour un avenir durable, souligne le potentiel d'utilisation de cette technique dans des écosystèmes tels que le lac Tanganyika, un site immense et peu étudié en Afrique. Les chercheurs savent que le lac regorge de divers poissons à cichlidés, mais il y a probablement beaucoup plus d'espèces encore non découvertes.
"Nous pensons que nous découvrirons une diversité obscure, des espèces qui n'ont jamais été décrites", a déclaré Lodge au cours du sommet sur l'optimisme de la Terre organisé par le Smithsonian, un rassemblement de citoyens, de scientifiques et d'activistes soucieux de la conservation, au début de ce mois.
Une huître-crapaud, une espèce "moche charmante" que l'on trouve couramment dans les ports de New York, selon Stoeckle. (barrière naturaliste) Pendant ce temps, ceux comme Gemmell suscitent l’intérêt pour cette idée. Gemmell dit qu'après quelques tweets sur l'utilisation de l'eDNA pour rechercher Nessie, il s'intéressait davantage au travail réel qu'il fait en Nouvelle-Zélande au cours des deux dernières semaines qu'au cours des deux dernières années de collecte et de test rigoureux d'échantillons d'eau.
Ce travail réel consiste en fait à utiliser l’ADN pour détecter les algues envahissantes et les tuniciers avant qu’ils ne puissent s’implanter dans les voies navigables néo-zélandaises. À l'heure actuelle, nous ne prenons vraiment conscience de ces créatures que lorsqu'elles se sont installées. Mais si les tests de routine de l’ADNe sur les voies navigables révèlent la présence de telles créatures suffisamment tôt, nous pourrons peut-être passer à l’offensive et éliminer les invasions presque avant même qu’elles ne commencent.
Malheureusement, la chasse au monstre écossaise devra probablement attendre que quelqu'un veuille cracher des fonds. Mais Stoeckle dit qu'il aime cette idée et ne voit aucune limite technique à la raison pour laquelle cela ne fonctionnerait pas. «Le seul problème, explique Stoeckle, est de savoir si le monstre du Loch Ness existe réellement.»
Et si elle ne le fait pas? C’est un problème que même les scientifiques armés d’ADNc ne peuvent pas résoudre.
