La collecte accidentelle d'ADN par des capteurs aériens pourrait révolutionner le suivi de la faune

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Une station de surveillance de la qualité de l'air à Lodon se trouve à proximité d'un parc de cerfs, elle capte donc l'ADN d'espèces telles que le daim (Dama dama) dans ses filtres.Crédit : Robert Knell

Les scientifiques pourraient être en mesure de garder un œil sur la flore et la faune du monde en analysant l'ADN flottant dans l'air. C'est la conclusion d'une étude publiée le 5 juin dans Current Biology1, dans laquelle une équipe a identifié plus de 180 types d'organismes, dont des plantes, des champignons, des insectes et des animaux, à l'aide d'ADN capturé par des filtres de stations de surveillance de la pollution atmosphérique. Les chercheurs disent qu'en raison de l'omniprésence de telles stations, la méthode pourrait transformer la surveillance de la biodiversité sur Terre, et pourrait même être capable de détecter des espèces rares.

La biodiversité mondiale est en chute libre - certaines estimations suggèrent une baisse de 69% des populations d'animaux sauvages depuis 1970. Les scientifiques ont du mal à suivre les changements dans les écosystèmes et les taux de déclin des espèces car ils manquent d'infrastructures pour mesurer la biodiversité à grande échelle. En règle générale, les chercheurs ou les bénévoles de la conservation surveillent quelques espèces terrestres dans de petites régions en utilisant des méthodes à forte intensité de main-d'œuvre telles que la surveillance par caméra, les observations en personne et l'examen des traces, y compris les empreintes de pas et les excréments. A grande échelle, seules des mesures très générales sont possibles, telles que des évaluations du couvert forestier.

Source : Réf. 1

Mais l'ADN environnemental (eDNA) - de petites quantités de matériel génétique libéré par les êtres vivants - qui est collecté automatiquement à l'aide de réseaux de suivi de la pollution atmosphérique pourrait aider à résoudre ce problème, déclare Elizabeth Clare, écologiste moléculaire à l'Université York de Toronto, au Canada, et chef de file. auteur de l'étude.

Les scientifiques collectent et séquencent l'ADNe à partir d'échantillons de sol et d'eau depuis environ 20 ans pour suivre des espèces rares ou en voie de disparition, telles que le triton crêté (Triturus cristatus) au Royaume-Uni et les pinsons de Gould (Erythrura gouldiae) en Australie. Les agences de réglementation ont utilisé l'eDNA pour détecter les espèces envahissantes; par exemple, le US Fish and Wildlife Service l'utilise pour surveiller la carpe argentée (Hypophthalmichthys molitrix) dans le système des Grands Lacs. Mais ce n'est que l'année dernière que des scientifiques, dont Clare, ont rapporté que l'ADNe peut être capturé à partir d'échantillons d'air et utilisé pour explorer la biodiversité terrestre2. L'ADN provient probablement de cellules libérées par des organismes, disent les chercheurs.

Dans les dernières recherches, Clare et ses collègues ont mené une étude pilote dans laquelle ils ont eu accès aux stations de surveillance de la qualité de l'air britanniques existantes à Londres et près d'Édimbourg, pour voir s'ils pouvaient piéger l'ADNe en suspension dans la flore et la faune locales. Les deux sont conçus pour surveiller les polluants atmosphériques tels que le plomb dans les particules qui sont piégés dans les filtres des appareils. La station d'Édimbourg fait partie d'un réseau à l'échelle du Royaume-Uni géré en partie par le National Physical Laboratory (NPL) de Teddington.

L'US Fish and Wildlife Service utilise l'eDNA pour surveiller la carpe argentée (Hypophthalmichthys molitrix), une espèce envahissante.Crédit : Jason Lindsey/Alamy

Les chercheurs ont installé la station de Londres, qui se trouve à côté d'un parc à cerfs, pour prélever des échantillons sur différents intervalles de temps, d'une heure à une semaine, leur permettant de tester si le temps d'échantillonnage est important. Ils ont également exploré combien de temps les échantillons pouvaient être conservés en analysant les filtres de la station d'Edimbourg, qui avaient collecté l'ADN pendant une semaine avant d'être stockés pendant huit mois.

L'équipe de recherche, qui comprenait des scientifiques du NPL, a extrait et séquencé l'ADNe d'un quart de chaque filtre. Les scientifiques ont ensuite comparé les séquences avec celles disponibles dans les bases de données ADN telles que GenBank, gérées par les National Institutes of Health des États-Unis.

Les chercheurs ont été surpris de trouver l'ADN d'autant de groupes d'organismes sur les filtres. Celles-ci comprenaient 34 espèces d'oiseaux, telles que des troglodytes (Troglodytes troglodytes) et des mésanges charbonnières (Parus major), ainsi que des frênes (du genre Fraximus), des orties (du genre Soleirolia) et des champignons pathogènes Septoriella (voir « Garder les onglets sur les taxons').

L'avantage d'utiliser les stations de surveillance de l'air existantes est que cette infrastructure est déjà en place dans de nombreux pays du monde, notamment en Amérique du Nord et centrale, en Europe, en Asie et dans l'hémisphère sud, selon les chercheurs. Ils exhortent les opérateurs des stations de surveillance à conserver les filtres après analyse de la qualité de l'air afin que les écologistes puissent les utiliser.

"Jusqu'à ce que nous comprenions vraiment leur valeur écologique, nous devons arrêter de les jeter", déclare Clare.

Les chercheurs ont récupéré l'ADN de la faune de la station de surveillance de la qualité de l'air d'Auchencorth Moss près d'Édimbourg.Crédit : National Physical Laboratory/Local Site Operator

Eily Allan, biologiste moléculaire et scientifique en chef de l'eDNA Collaborative, un programme de recherche de l'Université de Washington à Seattle, affirme que la collecte automatisée d'ADNe aéroporté à l'aide des réseaux existants de stations de surveillance de l'air pourrait "pousser la surveillance environnementale dans le vingt et unième siècle". Cela fait passer la communauté des chercheurs d'un échantillonnage disjoint à une collecte de données régulière, répétée et à long terme, ajoute-t-elle.

Mais avant que la méthode de surveillance puisse être déployée à grande échelle, les chercheurs doivent régler certains détails, y compris le moment d'échantillonnage optimal pour assurer une large collecte d'ADNe. L'équipe affirme que ses données suggèrent qu'une journée est trop courte pour l'échantillonnage, mais qu'une semaine est trop longue - il y a un juste milieu entre la collecte d'une quantité suffisante d'ADN et sa conservation si longtemps que le matériau se dégrade.

D'autres inconnues incluent la distance parcourue par l'eDNA dans l'air, ce qui déterminera la taille de la zone que cette méthode peut surveiller. La co-auteure de l'étude, Joanne Littlefair, écologiste moléculaire à l'Université Queen Mary de Londres, affirme que l'équipe travaille également sur les informations écologiques que l'eDNA peut fournir au-delà de l'identification des espèces. Par exemple, elle suggère qu'il est peu probable que la méthode puisse mesurer l'abondance des espèces. Mais il pourrait surveiller les migrations d'oiseaux et leur évolution en réponse au changement climatique.

"Nous ne savons pas encore vraiment ce que vous pouvez regarder de manière fiable", dit-elle.

doi : https://doi.org/10.1038/d41586-023-01850-z

Littlefair, JE et al. Courant. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.036 (2023).

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Claire, EL et al. courant. Biol.32, 693–700 (2022).

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