La surveillance de la biodiversité marine et de la santé des océans implique généralement des équipes de scientifiques qui collectent des échantillons d’eau de mer lors d’un voyage à bord d’un navire de recherche. Il s’agit d’une activité longue et coûteuse qui ne peut étudier que de petites zones et qui implique un travail de laboratoire considérable une fois de retour à terre pour identifier tous les organismes présents dans chaque échantillon.
Dans une nouvelle étape révolutionnaire, des chercheurs du Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) ont utilisé des robots sous-marins autonomes pour échantillonner l’ADN des environnements marins. Ils ont combiné deux nouvelles plates-formes autonomes, toutes deux développées par MBARI, afin d’échantillonner et d’analyser l’ADN environnemental (ADNe) dans les océans.
Le véhicule sous-marin autonome à longue portée (LRAUV) est un robot agile et profilé qui peut se déplacer dans des zones reculées de l’océan et rester immergé pendant de longues périodes. L’Environmental Sample Processor (ESP) est un « laboratoire en boîte » robotique qui filtre l’eau de mer et extrait l’ADNe pour une analyse future. En équipant un LRAUV de la technologie ESP, les chercheurs peuvent étendre considérablement l’échelle de la surveillance des océans dans le temps et dans l’espace.
« Nous savons que l’ADNe est un outil incroyablement puissant pour étudier les communautés océaniques, mais nous sommes limités par ce que nous pouvons accomplir en utilisant des navires de recherche avec équipage. Désormais, la technologie autonome nous aide à mieux utiliser notre temps et nos ressources pour étudier de nouvelles parties de l’océan », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Kobun Truelove, océanographe biologique au MBARI.
Les organismes qui habitent les environnements marins, du plus petit plancton aux plus grandes baleines, forment des communautés reliées par des réseaux alimentaires. La biodiversité de ces organismes est une mesure de la santé des océans et il est important que les scientifiques sachent quels organismes sont présents dans quelles localités. Des outils autonomes tels que le LRAUV et l’ESP permettent aux chercheurs du MBARI de maintenir une présence persistante dans l’océan et de surveiller les changements dans les écosystèmes sensibles d’une manière qui n’était pas possible auparavant.
« Les organismes se déplacent à mesure que les conditions changent dans nos océans et nos Grands Lacs, ce qui affecte les populations et les économies qui dépendent de ces espèces. Nous avons besoin d’approches moins coûteuses et plus agiles pour surveiller la biodiversité à grande échelle. Cette étude fournit le développement synergique de l’ADNe et des technologies sans équipage dont nous avons besoin, en réponse directe aux priorités énoncées dans le plan stratégique Omics de la NOAA, a expliqué Kelly Goodwin, co-auteur de l’étude et scientifique de la NOAA.
Dans le cadre des recherches actuelles, MBARI a collaboré avec des chercheurs du Laboratoire océanographique et météorologique de l’Atlantique de la NOAA et de l’Université de Washington pour réaliser trois expéditions dans le sanctuaire marin national de Monterey Bay. Les équipes ont effectué une collecte d’échantillons via la flotte de LRAUV de MBARI ainsi que des échantillonnages traditionnels à bord de navires à l’aide des trois navires de recherche de MBARI et du navire de pêche de la NOAA. Ruben Lasker. Le but de cette approche à plusieurs volets était de déterminer si les deux procédures d’échantillonnage différentes produisaient des résultats comparables en termes d’organismes marins présents dans les différents échantillons d’eau.
Les chercheurs basés sur le navire ont abaissé les bouteilles à une profondeur spécifique pour collecter et conserver des échantillons d’eau, tandis que les LRAUV équipés de la technologie ESP ont échantillonné et préservé de manière autonome l’ADNe à des endroits et à des profondeurs similaires. Les échantillons d’ADNe ont été renvoyés au laboratoire pour un séquençage approfondi.
L’ADN environnemental permet aux scientifiques de détecter la présence d’espèces aquatiques à partir des minuscules fragments de matériel génétique qu’elles laissent derrière elles. Cette soupe d’ADN offre des indices sur les changements de biodiversité dans les zones sensibles, la présence d’espèces rares ou menacées et la propagation d’espèces envahissantes – autant d’éléments essentiels à la compréhension, à la promotion et au maintien d’un océan sain.
Dans cette étude, les chercheurs ont analysé des échantillons d’ADNe avec une technique connue sous le nom de métabarcoding. Cette méthode recherche de courtes sections d’ADN, appelées marqueurs génétiques, qui sont partagées par des organismes apparentés. De cette façon, les chercheurs peuvent avoir une idée des groupes d’organismes présents dans l’eau à chaque endroit. Cette technique permet d’interpréter les données eDNA comme une mesure de la biodiversité.
Les chercheurs ont analysé quatre types différents de marqueurs génétiques, chacun représentant un niveau légèrement différent du réseau trophique. Ensemble, les résultats ont donné une image plus globale de la composition de la communauté. Les échantillons collectés sur les navires de recherche et les véhicules autonomes ont révélé des modèles de biodiversité similaires, ce qui soutient l’utilisation future de véhicules autonomes pour l’échantillonnage et la surveillance marine.
Les LRAUV sont capables de voyager pendant des semaines et sur des centaines de kilomètres sous l’eau. Ils permettent un échantillonnage plus fréquent dans les zones d’intérêt que les navires de recherche traditionnels. Les robots autonomes permettront aux chercheurs d’étudier des régions de l’océan jusqu’alors non étudiées et de combler les lacunes dans les connaissances sur la santé mondiale des océans. La recherche à bord des navires continuera à jouer un rôle important dans les études océanographiques, mais l’ajout d’une nouvelle technologie autonome à la boîte à outils augmentera la capacité de recherche, de surveillance et de gestion des ressources. A terme, les chercheurs de MBARI envisagent de déployer une flotte de LRAUV équipés de la technologie ESP.
Truelove a noté que les résultats de l’étude marquent une avancée passionnante dans la surveillance des écosystèmes marins. « Ce travail vise à accroître l’ampleur de la recherche sur l’ADNe. Au lieu d’examiner une espèce individuelle, nous pouvons commencer à caractériser plus largement la structure des communautés biologiques dans l’océan », a-t-il déclaré.
« De bonnes données sont le fondement d’une gestion durable des océans », a déclaré Francisco Chavez, scientifique principal du MBARI et co-auteur de l’étude. « Une surveillance régulière de l’ADN environnemental nous indique qui est là et ce qui change au fil du temps. Lorsqu’il s’agit de comprendre les impacts du changement climatique – l’une des plus grandes menaces pour la santé des océans – ces informations sont essentielles.
La recherche est publiée aujourd’hui dans la revue ADN environnemental.
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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur
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