Pendant près de 20 ans, les chercheurs du site de recherche écologique à long terme du littoral de Santa Barbara (SBC LTER) ont mené des recensements détaillés des majestueuses forêts de varech au large de Santa Barbara. En comptant les espèces de poissons et en les plaçant dans le contexte de leurs conditions environnementales, l’écologiste marin côtier de l’UCSB, Robert Miller, et ses collègues peuvent examiner les effets de l’activité humaine et des facteurs naturels sur le varech et sa capacité à maintenir les communautés forestières de varech.
Miller dirige la recherche sur ce site soutenu par la National Science Foundation. Pour lui et ses collaborateurs — dont l’écologiste marin de l’UCSB Thomas Lamy (maintenant à l’Université de Montpellier), la chercheuse postdoctorale Christie Yorke et ses collègues Francisco Chavez et Kathleen Pitz du MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute) — faire un recensement est plus qu’un simple une question de déploiement de plongeurs pour dénombrer ; les chercheurs s’intéressent également à la diversité bêta, qui peut être un concept quelque peu alambiqué pour les écologistes même chevronnés.
« Il y a beaucoup de façons différentes de le mesurer, mais ce que je pense, c’est qu’il s’agit du renouvellement des espèces lorsque vous passez d’un endroit à un autre », a déclaré Miller. « Combien de nouvelles espèces y a-t-il dans un endroit par rapport au dernier endroit où vous êtes allé ? Et donc cela augmente évidemment plus vous allez loin. »
La diversité bêta est utile pour mesurer l’état global de la biodiversité entre des zones données au fil du temps, ce qui fournit à son tour une indication de la santé écologique de ces zones. Un nombre de diversité bêta plus élevé (plus d’espèces différentes) pourrait indiquer des systèmes robustes capables de supporter diverses formes de vie interconnectées. Un nombre de diversité bêta inférieur (moins d’espèces différentes) pourrait indiquer que les conditions sont devenues telles que seuls certains organismes sont capables de survivre, avec des effets qui pourraient se répercuter dans les espaces adjacents.
Mais, compter les espèces au SBC LTER a ses défis. D’une part, il est sous-marin, obligeant les plongeurs à effectuer des relevés visuels sous-marins ou à déployer et surveiller des équipements spéciaux, tels que des caméras. D’autre part, de nombreuses espèces sont mobiles et souvent non représentées lors de ces relevés.
« Certains pourraient être là en dehors du moment où vous échantillonnez, disons la nuit ou à différents moments de la journée », a déclaré Miller. D’autres, a-t-il ajouté, sont énigmatiques ou trop petits pour être remarqués.
Entrez dans l’ADN environnemental.
« Au fur et à mesure que les organismes se déplacent dans l’eau, ils laissent des traces moléculaires d’eux-mêmes à travers le matériel qui contient leur ADN, excrété ou se détachant », a expliqué Kathleen Pitz, associée de recherche au MBARI à Moss Landing, en Californie. « Nous savons maintenant qu’il est possible de détecter cet ADN rejeté dans l’eau de mer et d’identifier de quelle espèce il provient. »
Dans un article publié dans la revue Rapports scientifiques, les chercheurs démontrent l’efficacité de l’analyse eDNA dans la mesure de la diversité bêta dans les environnements aquatiques. L’échantillonnage de l’eau et l’analyse de son ADN permettent de dresser un inventaire des espèces qui se trouvaient à proximité au moment où l’échantillon a été prélevé – « une pierre de Rosette pour la biodiversité », selon le journal.
Pour l’étude – une collaboration avec le Southern California Bight Marine Biodiversity Observation Network et le Central and Northern California Ocean Observing System (CenCOOS) Central California Marine Biodiversity Observation Network – les chercheurs ont comparé les résultats d’échantillons d’eDNA prélevés sur neuf sites le long du Santa Barbara et deux au large de l’île de Santa Cruz aux résultats des recensements visuels sous-marins (UVC) effectués dans ces mêmes zones. « En comparant ces deux sources de données, à la fois visuelles et basées sur l’eDNA, nous pourrions commencer à répondre à certaines des questions sur la façon dont l’eDNA détecterait les différentes espèces de poissons dont nous savons qu’elles sont présentes dans la région à partir de cette longue série temporelle visuelle », expliqua Pitz.
« L’eDNA a été capable de détecter beaucoup plus d’espèces que le nombre de plongeurs, ce qui n’est pas particulièrement surprenant car les poissons jettent leur ADN dans l’eau, à travers leur bave et leur respiration, et cetera », a déclaré Miller. La résolution plus élevée des résultats de l’eDNA par rapport aux données des relevés sous-marins a donné aux chercheurs une image plus claire de la présence et de la répartition des différentes espèces et familles de poissons dans la région. « Cette étude démontre que l’eDNA fonctionne aussi bien, voire mieux que les relevés visuels des plongeurs pour capturer la biodiversité dans les lits de varech », a déclaré Francisco Chavez, océanographe biologique au MBARI. Il est important de noter que « eDNA fournit un moyen de mettre à l’échelle les observations à l’appui d’une gestion côtière améliorée. »
En termes d’abondance, les détections d’espèces eDNA s’alignent sur les informations recueillies via UVC, selon Miller.
« Ils correspondent assez bien aux enquêtes auprès des plongeurs – les poissons vraiment abondants qui ont été vus par les plongeurs sont également très abondants dans les échantillons d’ADNe », a-t-il déclaré. « La différence est vraiment dans les espèces les plus rares, ou les espèces généralement moins comptées, nous les voyons plus systématiquement dans l’eDNA que dans les enquêtes auprès des plongeurs. » Des espèces telles que la señorita, le surperchaud noir, la tête de mouton et le garibaldi ont été trouvées en abondance relative plus élevée à la fois par les relevés eDNA et visuels.
Pendant ce temps, eDNA a réussi à capturer la présence de requins léopards et de raies chauve-souris là où les relevés visuels ne l’ont pas fait. Il a également, pour la première fois au LTER, détecté des espèces telles que le poisson-lézard de Californie et le perche barrée – des poissons connus pour vivre dans les zones de fond sablonneux à proximité – et le grand requin blanc très mobile.
Est-ce la fin de l’enquête auprès des plongeurs, étant donné les puissantes capacités de détection de l’eDNA ? Non, dit Miller.
« Ce qui est bien avec l’eDNA, c’est qu’il fournit cette intégration temporelle, pour vous donner une meilleure idée de ce qui pourrait être là en dehors du temps où vous échantillonnez », a-t-il déclaré. « Mais il peut être difficile de conclure s’ils étaient vraiment sur le site. » L’ADN peut avoir parcouru une longue distance et certains poissons peuvent perdre plus que d’autres.
« Nous en apprenons encore sur les différents facteurs qui contrôlent la présence d’eDNA dans l’eau de mer, tels que la durée de conservation de l’ADN dans l’eau avant de se dégrader ou la rapidité avec laquelle un poisson laisse suffisamment de matériel pour que nous puissions détecter son ADN dans un échantillon. » ajouta Pitz.
En outre, les bases de données d’ADN de poisson par rapport auxquelles les résultats du méta-codage à barres sont référencés doivent être améliorées. (Plusieurs séquences d’ADN détectées n’ont pas pu être trouvées dans la bibliothèque.) « Plus de recherches », a déclaré Miller, « améliorera la confiance dans l’interprétation des données eDNA.
« Nous ne pensons pas que ce soit quelque chose qui va remplacer les méthodes traditionnelles, mais c’est une très bonne source de données supplémentaires qui pourrait être utilisée pour voir si ces communautés de poissons et d’autres communautés changent », a-t-il ajouté. « eDNA sera un moyen très utile d’étendre la surveillance des océans, en particulier des espèces rares et des habitats difficiles à observer, comme les eaux profondes, avec beaucoup moins d’efforts et de coûts que l’envoi d’équipes de plongeurs experts en comptage de poissons ou de submersibles. »
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