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17 juillet 2020.

Mesurer l’ADN d’une rivière permet de prévoir sa biodiversité

Si l’on veut comprendre comment fonctionne un écosystème fluvial et (...)

Si l’on veut comprendre comment fonctionne un écosystème fluvial et le protéger, il est essentiel de surveiller sa biodiversité. Mais comment la mesurer ? La méthode traditionnelle consiste à recenser une à une les espèces végétales et animales dans un milieu. Plus elles sont nombreuses, plus riche est la biodiversité. Souvent ce genre d’inventaire reste toutefois théorique et insatisfaisant, il ne rend certainement pas compte de la complexité du monde vivant. Mais on sait, depuis quelque temps, grâce notamment à des recherches menées à l’Université de Zurich (UZH) et à l’Institut fédéral suisse des sciences et technologies de l’eau (Eawag) que l’on peut déterminer la diversité des espèces dans une rivière en étudiant son ADN environnemental. Ces mêmes centres de recherche viennent d’annoncer avoir fait un pas de plus : il est aussi possible selon eux de prédire l’évolution de cette biodiversité et d’identifier les zones qu’il faut protéger en priorité [1].

Quand en 2016 des chercheurs de l’UZH et de l’EAWAG [2] avaient réussi à déterminer la diversité spécifique d’une rivière zurichoise, la Glatt, en analysant de nombreux échantillons d’eau qu’ils y avaient prélevés pour en extraire tout l’ADN, ils étaient d’ores et déjà convaincus que cette nouvelle méthode allait très probablement « révolutionner l’étude de la biodiversité » et que l’on pourrait bientôt « mesurer la diversité biologique comme on mesure les paramètres physico-chimiques de l’eau ».

Quatre ans plus tard, c’est quasiment chose faite. Le professeur Florian Altermatt qui dirige l’équipe conjointe des deux centres de recherche vient d’annoncer qu’elle avait réussi à mettre au point un système novateur de prédiction des modèles de biodiversité dans les écosystèmes fluviaux : « Pour la première fois, nous combinons l’approche d’ADN environnemental avec la modélisation hydrologique et nous pouvons prédire l’état de la biodiversité avec une très grande précision dans des bassins versants de plusieurs centaines de kilomètres carrés ».

Pour ce faire, ils se sont focalisés sur la totalité des 740 kilomètres carrés du bassin versant de la Thur, un affluent du Rhin au nord-est de la Suisse, avec une résolution correspondant à des tronçons de 1 kilomètre de long et pas moins de 80 points de mesure. Ce type de bassin versant - avec ses forêts, son agriculture, ses zones habitées et ses infrastructures – est assez typique de nombreuses formes d’utilisation de l’espace et son exemplarité devrait pouvoir être transposée dans d’autres écosystèmes fluviaux.

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Des échantillons d’ADNe ont été analysés en différents endroits de la Thur,
notamment dans le Haut-Toggenburg (photo) afin de faire des prévisions
sur la biodiversité des insectes aquatiques (© Eawag, Elvira Mächler/Chelsea Little/Florian Altermatt)

Les atouts de l’ADN environnemental

À propos de l’ADN (acide désoxyribonucléique), on rappellera juste qu’il s’agit d’une molécule présente dans toutes les cellules et contenant toutes les informations génétiques héréditaires d’un être vivant. Il faut savoir aussi que tous les vivants, végétaux et animaux, libèrent en permanence de l’ADN par le biais de diverses secrétions, déjections, pertes de tissus, etc., et que ces traces d’ADN se retrouvent d’une manière ou d’une autre dans l’environnement (on parle alors d’ADN environnemental, ou ADNe) [3].

Grâce à des technologies et des équipements de plus en plus sophistiqués, il est possible aujourd’hui d’extraire ces ADN prélevés dans la nature, d’en détailler les différentes séquences et les nombreuses informations qu’elles renferment : on peut ainsi déterminer les espèces présentes de façon plus rapide, plus élaborée et moins dommageable qu’avec les méthodes classiques d’évaluation de la biodiversité. Des études avaient déjà prouvé que les rivières peuvent transporter l’ADN sur plusieurs kilomètres, on peut obtenir des informations sur les espèces présentes non seulement en aval mais aussi dans les bassins versants d’amont et dans les milieux terrestres environnants.

La recherche d’ADNe peut également être utilisée pour repérer des espèces rares ou menacées d’extinction et prendre des mesures de protection ou à l’inverse pour détecter suffisamment tôt des espèces potentiellement invasives et développer des stratégies d’isolement. Plus encore : les ADN que l’on prélève dans des sédiments de longue date, dans le pergélisol ou dans les calottes glaciaires permettent de déterminer les espèces qui ont vécu jadis dans ces milieux et de retracer ici et là une sorte d’historique de la biodiversité.

Lors de leur précédente étude sur la Glatt zurichoise, les chercheurs avaient trouvé, dans un seul litre d’eau, les ADN d’une grande quantité d’espèces qui fréquentent les milieux aquatiques, des plus petites comme des éphémères, ces minuscules insectes très sensibles à la pollution et qui ne vivent que quelques heures après leur éclosion, aux plus grandes comme des castors dont on rappellera qu’ils avaient été éradiqués de Suisse au début du 19e siècle déjà, qu’ils ont été réintroduits en 1956 et qu’ils sont actuellement au nombre d’environ 1600 répartis sur les grands cours d’eau et les rives lacustres du Plateau. (Source : UZH / Eawag)




Notes

[1Luca Carraro, Elvira Mächler, Remo Wüthrich, Florian Altermatt, Environmental DNA allows upscaling spatial patterns of biodiversity in freshwater ecosystems, dans Nature Communications, 17 July 2020.

[3Sur ce thème de l’ADN environnemental, on lira avec intérêt l’article de vulgarisation publié par Paul Castagné et Garance Castino sur le site Planète-Vie (Ressources en sciences de la vie pour les enseignants) : "L’ADN environnemental : un nouvel outil pour espionner les espèces sauvages", 2020.

Mots-clés

Glossaire

  • Eau potable

    La législation suisse sur les denrées alimentaires définit l’eau potable comme une "eau naturelle ou traitée qui convient à la consommation, à la cuisson d’aliments, à la préparation de mets et au nettoyage d’objets entrant en contact avec les denrées alimentaires". Cette eau doit être "salubre sur les plans microbiologique, chimique et physique". La loi définit de manière précise les exigences de qualité auxquelles elle doit satisfaire en tout temps et les concentrations maximales admissibles de diverses substances.

Mot d’eau

  • Eaux de source

    "Rosette témoigna, pour apaiser sa soif, le désir de boire aussi de cette eau, et me pria de lui en apporter quelques gouttes, n’osant pas, disait-elle, se pencher autant qu’il le fallait pour y atteindre. Je plongeai mes deux mains aussi exactement jointes que possible dans la claire fontaine, ensuite je les haussai comme une coupe jusqu’aux lèvres de Rosette, et je les tins ainsi jusqu’à ce qu’elle eût tari l’eau qu’elles renfermaient, ce qui ne fut pas long, car il y en avait fort peu, et ce peu dégouttait à travers mes doigts, si serrés que je les tinsse." (Théophile Gauthier, "Mademoiselle de Maupin", (...)

Mot d’eau

  • « Le fleuve me hantait »

    "La proximité de sa grandeur réveillait en moi une antique terreur des eaux qui, en présence des rivières et des fleuves, même vus du rivage, me tourmente l’âme. La fluidité des eaux fluviales, lentes ou rapides, me trouble, où je décèle un monde à demi visible de formes fugitives qui tentent et parfois fascinent l’âme inattentive. Ce sont des êtres sinueux et insinuants que les fleuves et les rivières, même farouches." (Henri Bosco, "Malicroix", 1948)


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