Comment les capteurs de pollution de l'air peuvent trouver la faune

Le suivi de la biodiversité dans le monde est incroyablement difficile ; les programmes nationaux de surveillance varient considérablement, la majorité des données collectées sont irrégulières et peu sont partagées publiquement.

Mais les scientifiques ont peut-être trouvé une solution surprenante : les filtres déjà utilisés dans le monde pour surveiller la pollution de l'air.

Depuis des décennies, ces appareils capturent involontairement de grandes quantités d'ADN environnemental d'animaux et de plantes. Les scientifiques disent que cela pourrait être utilisé pour nous aider à comprendre les changements passés et futurs de la biodiversité.

Une nouvelle étude menée par des scientifiques canadiens et britanniques a révélé que les stations de surveillance de la qualité de l'air ont collecté par inadvertance un large éventail d'ADN d'animaux et de plantes en 2021 et 2022. Elle indique que les données capturées pourraient "changer la donne pour le suivi et la surveillance de la biodiversité" dans le monde entier.

Dans un cas test, les scientifiques ont récupéré l'ADN environnemental de plus de 180 plantes, champignons, insectes, mammifères et amphibiens différents à partir de filtres de qualité de l'air situés en Écosse et à Londres de septembre à octobre 2021 et d'avril et mai 2022. L'infrastructure de surveillance de l'air "peut représentent une formidable opportunité de collecter des données de biodiversité à haute résolution à l'échelle nationale », concluent les scientifiques dans l'étude.

"Nous avons été tellement surpris d'identifier avec succès plus de 180 taxons à partir de seulement deux instruments", déclare Joanne Littlefair, l'une des co-auteurs de l'étude et maître de conférences en sciences biologiques à l'Université Queen Mary de Londres. Les animaux comprenaient des petits hiboux, des tritons lisses et 80 types différents d'arbres et de plantes. Les chercheurs n'ont pas identifié d'espèces inhabituelles ou de mouvements de population dans leur échantillonnage initial. Ils disent que cela montre que l'ADN collecté est local et "ne provient pas d'un autre continent".

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Dans l'étude, les scientifiques ont extrait l'ADN environnemental en suspension dans l'air, versé sous forme de cellules cutanées, de salive, de cheveux et de matières fécales, des filtres et ont analysé des amorces spécifiques, des étiquettes moléculaires, en faisant correspondre leurs résultats avec des bibliothèques de référence en ligne.

Elizabeth Clare, auteure principale de l'étude et professeure adjointe d'écologie moléculaire à l'Université York au Canada, déclare que les résultats sont "vraiment passionnants" car ils montrent que l'infrastructure existante peut être exploitée pour la recherche sur la biodiversité.

"Il y a déjà une infrastructure en place et nous pouvons collecter des matériaux extrêmement précieux en tant que sous-produit de son fonctionnement", explique Clare.

Cela signifie que les réseaux existants et établis sur la qualité de l'air pourraient constituer une énorme source inexploitée de données sur la biodiversité, selon Andrew Brown, scientifique principal au National Physical Laboratory, qui gère les réseaux pour l'Agence britannique pour l'environnement.

Partout dans le monde, les stations de mesure de la qualité de l'air collectent des données quotidiennement ou hebdomadairement de manière hautement réglementée et standardisée, ce qui signifie qu'elles "collectent exactement la même chose exactement de la même manière jour après jour".

L'ADN environnemental pourrait aider à surveiller des espèces telles que les champignons qui sont difficiles à identifier à l'aide de méthodes conventionnelles (Crédit : Craig Joiner / Getty Images)

Mark McCauley, chercheur à l'Université de Floride, affirme que les filtres à air aident non seulement à fournir des informations importantes sur les espèces présentes à un endroit spécifique, mais permettent également aux scientifiques d'analyser "comment les changements de ces espèces se produisent à des échelles géographiques et temporelles qui aurait été imprévu jusqu'à récemment".

La surveillance régulière fournie par les filtres à air est "inouïe dans la science de la biodiversité" et cruciale pour comprendre les changements d'espèces car elle permet aux scientifiques d'étudier la dynamique des populations animales et de voir comment elles évoluent au fil du temps, explique Clare.

Contrairement aux échantillons uniques, de telles mesures répétées peuvent "fournir une image vraiment complète de ce qui se passe dans la région", explique Clare. "Vous pourriez détecter la migration d'une population [particulière], l'arrivée d'une nouvelle espèce ou un paysage changeant [dû au] changement climatique."

Le problème avec la surveillance actuelle de la biodiversité est qu'il n'y a pas de méthode systématique pour le faire, dit Littlefair. Au Royaume-Uni, par exemple, les scientifiques s'appuient fortement sur les données recueillies par des «scientifiques citoyens» pour surveiller les espèces. Cela fonctionne pour les "espèces charismatiques", telles que les papillons et les oiseaux, mais il existe de mauvais enregistrements pour d'autres espèces, telles que les champignons et les animaux nocturnes, qui sont moins populaires et plus difficiles à identifier, dit-elle.

"La grande chose à propos de l'ADN environnemental de ces réseaux [de qualité de l'air] est que nous pouvons l'utiliser pour rechercher n'importe quel groupe taxonomique que nous voulons", explique Littlefair.

Mais Clare prévient qu'il y a encore "de nombreuses inconnues", telles que l'impact de la taille et de l'activité du corps sur le prélèvement d'ADN. Cependant, l'hypothèse est que toutes les espèces perdent de l'ADN et que "nous devrions avoir la même probabilité de détecter quelque chose s'il est à portée", dit-elle.

Les émissions de voyage qu'il a fallu pour rapporter cette histoire étaient de 0 kg de CO2. Les émissions numériques de cette histoire sont estimées entre 1,2 g et 3,6 g de CO2 par page vue. En savoir plus sur la façon dont nous avons calculé ce chiffre ici.

La nouvelle étude n'est pas la première à examiner si les particules en suspension dans l'air peuvent aider à identifier les espèces. Une étude réalisée en 2022 par Clare et d'autres scientifiques a révélé que l'air dans un zoo contient suffisamment d'ADN environnemental pour identifier les animaux qui y résident. Ils ont analysé l'ADN en suspension dans l'air des animaux, y compris l'haleine, la salive, la fourrure et les excréments, et ont réussi à détecter 49 espèces de vertébrés au zoo de Copenhague.

L'ADN aéroporté est un outil utile pour les scientifiques car il leur permet de détecter "des espèces que nous ne pouvons pas voir sont là", a déclaré Kristine Bohmann, auteur principal de l'étude et écologiste moléculaire à l'Université de Copenhague, lors de la publication de l'étude. Elle est également moins gourmande en ressources et moins coûteuse que d'autres méthodes de surveillance de la biodiversité, qui impliquent la mise en place de pièges photographiques ou le suivi des empreintes, a-t-elle déclaré.

Matthias Obst, professeur agrégé à l'Université de Göteborg en Suède, affirme qu'il existe plusieurs limites lorsqu'il s'agit de suivre la biodiversité à l'aide de filtres à air. Ces stations ne sont souvent pas opérationnelles dans les endroits riches en biodiversité, note-t-il, et il est probable qu'il y ait un taux de faux positifs beaucoup plus élevé que dans le cas des méthodes conventionnelles. Les filtres pourraient, par exemple, capter l'ADN d'un oiseau qui passe ou la poussière emportée par le vent.

"Nous ne devons pas nous devancer", dit-il. "Les méthodes environnementales de l'ADN ont un grand potentiel mais il y a peu de preuves dans cet article pour une" infrastructure de surveillance de la biodiversité ".

Clare dit que les filtres ne sont pas seulement situés dans les environnements urbains, mais souvent dans les parcs nationaux et les régions riches en biodiversité. Elle espère que l'étude incitera les pays à installer des stations dans de nouveaux endroits "d'intérêt écologique significatif" et à préserver et archiver l'ADN capturé par les filtres à air.

"Dans de nombreux endroits, l'ADN environnemental [capturé par les filtres à air] est jeté presque immédiatement. Avec cette étude pilote, nous avons montré la valeur écologique de ces échantillons, nous espérons donc que les données seront archivées et étudiées", dit-elle.

Cela peut, ajoute Clare, s'avérer un incroyable trésor.

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