Une nouvelle étude met en évidence une avancée majeure en mois

Dans une avancée majeure pour le suivi de la biodiversité des systèmes marins, une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans ADN environnemental détaille comment les chercheurs de MBARI utilisent des robots sous-marins autonomes pour échantillonner l’ADN environnemental (eDNA). L’eDNA permet aux scientifiques de détecter la présence d’espèces aquatiques à partir des minuscules morceaux 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 en voie de disparition et la propagation d’espèces envahissantes – tous essentiels à la compréhension, à la promotion et au maintien d’un océan sain.

Pour l’étude, les chercheurs ont combiné deux nouvelles plates-formes autonomes développées par MBARI : le véhicule sous-marin autonome à longue portée (LRAUV) et le processeur d’échantillons environnementaux (ESP). Le LRAUV est un robot agile qui peut voyager dans des régions éloignées de l’océan pendant de longues périodes. L’ESP est un “laboratoire en boîte” robotique qui filtre l’eau de mer et préserve l’ADNe pour des études futures. En équipant un LRAUV de la technologie ESP, les chercheurs peuvent étendre l’échelle de la surveillance des océans dans le temps et dans l’espace. En comparaison, l’échantillonnage traditionnel de l’eDNA dans l’océan nécessite des semaines sur un navire de recherche coûteux limité à une zone localisée. Des innovations technologiques comme celle-ci révolutionnent les efforts de conservation des océans.

« Nous savons que l’eDNA est un outil incroyablement puissant pour étudier les communautés océaniques, mais nous avons été 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 Kobun Truelove, océanographe biologique au MBARI et auteur principal de l’article.

La biodiversité marine est une mesure de l’abondance des individus et des espèces dans l’océan. Cette mosaïque d’organismes interconnectés – du plus petit plancton aux plus grandes baleines – soutient les réseaux trophiques, produit l’air que nous respirons et régule notre climat. Des outils autonomes comme le LRAUV et l’ESP permettent aux chercheurs de 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, affectant les personnes et les économies qui dépendent de ces espèces. Nous avons besoin d’approches moins chères et plus agiles pour surveiller la biodiversité à grande échelle. Cette étude fournit le développement synergique de l’eDNA et des technologies sans équipage dont nous avons besoin, en réponse directe aux priorités énoncées dans le Plan stratégique NOAA ‘Omics», a déclaré Kelly Goodwin, co-auteur de l’étude et collaboratrice de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Arrière-plan:
Pour cette recherche, MBARI a collaboré avec des chercheurs du Laboratoire océanographique et météorologique de l’Atlantique de la NOAA et de l’Université de Washington pour mener à bien trois expéditions dans le sanctuaire marin national de la baie de Monterey. L’équipe a coordonné la collecte d’échantillons entre les trois navires de recherche de MBARI, le navire NOAA Fisheries Ruben Laskeret une flotte de LRAUV de MBARI.

Une équipe basée sur un navire a descendu des bouteilles à une profondeur spécifique pour collecter et conserver des échantillons d’eau. Pendant ce temps, un LRAUV équipé d’un ESP a échantillonné et conservé de manière autonome l’ADNe à des endroits et à des profondeurs similaires. Les échantillons d’eDNA ont été renvoyés au laboratoire pour un séquençage approfondi.

Les organismes apparentés partagent des sections communes d’ADN, connues sous le nom de marqueurs génétiques. Pour cette étude, les chercheurs ont analysé des échantillons d’ADNe avec une technique connue sous le nom de métabarcodage. Cette méthode recherche de courts extraits d’ADN et fournit une ventilation des groupes présents dans l’échantillon. Cette technique est particulièrement utile pour traduire les données eDNA en 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 fourni une image plus holistique de la composition de la communauté. Les échantillons prélevés sur les navires de recherche et les véhicules autonomes ont révélé des modèles similaires de biodiversité.

Truelove a noté que les résultats de l’étude marquent une avancée passionnante pour la surveillance des écosystèmes marins. «Ce travail consiste à augmenter l’échelle de la recherche sur l’eDNA. “Au lieu de regarder une espèce individuelle, nous pouvons commencer à caractériser plus largement la structure de la communauté biologique dans l’océan”, a-t-il déclaré.

“De bonnes données sont le fondement de la gestion durable des océans”, a déclaré Francisco Chavez, scientifique principal MBARI et co-auteur de l’étude. “La 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. »

Les LRAUV sont capables de voyager pendant des semaines à la fois et sur des centaines de kilomètres. Ils peuvent permettre un échantillonnage plus fréquent dans les zones d’intérêt que les navires de recherche traditionnels, qui ne visitent généralement que rarement des sites éloignés. Des robots autonomes permettront aux chercheurs d’étudier des régions de l’océan jusque-là non étudiées. Il est essentiel de combler ces lacunes dans les données pour renforcer la santé mondiale des océans. La recherche embarquée continuera de jouer un rôle important dans les études océanographiques, mais l’ajout d’une nouvelle technologie autonome à la boîte à outils élargira 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.

Le soutien de cette recherche a été fourni par la Fondation David et Lucile Packard, NOAA/OAR/’Omics, NOAA/OAR/NOPP, et les projets NASA #80NSSC20M0001 et 80NSSX21M003.

À propos de MBARI
MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute) est un centre de recherche océanographique privé à but non lucratif fondé par David Packard en 1987. La mission de MBARI est de faire progresser les sciences et technologies marines pour comprendre un océan en mutation. En savoir plus sur mbari.org.