Trouver des traces de poissons avec de l’ADN à partir d’échantillons d’eau

Silje Halvorsen se penche et remplit une bouteille en plastique avec de l’eau du lac Gillsvannet, un lieu de baignade abrité juste à l’extérieur du centre de Kristiansand.

C’est quelque chose qu’elle a fait plusieurs fois auparavant. En 2022, elle a prélevé des échantillons d’eau mensuellement à quatorze endroits du lac, puis tous les trois mois jusqu’en octobre 2023.

Le but ? Trouver des traces de brochets et autres espèces pouvant se trouver dans le lac. Les brochets n’ont naturellement pas leur place à Gillsvannet et les autorités voulaient les éliminer.

Traditionnellement, les chercheurs utilisaient des filets, des cannes à pêche ou des pièges pour déterminer quels types de poissons habitent un plan d’eau. Cette approche peut être coûteuse et prendre du temps, et elle peut nuire aux poissons.

« Le prélèvement d’un échantillon d’eau ne prend que quelques minutes et ne dérange pas les poissons. Cette méthode est également la plus sensible. Elle peut fournir des informations sur les espèces présentes dans un lac ou un ruisseau au moment où l’échantillon a été prélevé », explique Halvorsen. .

Sa thèse de doctorat portait sur l’ADN environnemental.

L’ADN est le matériel génétique présent dans les cellules de tous les organismes vivants. Il sert de modèle à la manière dont l’individu grandit, apparaît et fonctionne. Chaque humain, poisson ou bactérie a son propre modèle unique, mais ceux-ci se ressemblent davantage à mesure qu’ils sont génétiquement liés.

L’ADN environnemental est du matériel génétique laissé par les organismes dans l’environnement sous forme de cellules provenant de la peau, des cheveux ou d’autres tissus.

Tue tout

Les autorités de Kristiansand ont décidé que Gillsvannet devrait être traité avec la toxine roténone pour éliminer le brochet. Cela tue tous les animaux qui respirent avec des branchies dans l’eau, pas seulement le brochet, mais aussi d’autres poissons et certains insectes. Il s’agit d’un traitement drastique qui n’est pas souvent pratiqué.

En tant que chercheur, Halvorsen souhaite observer ce qui arrive à la faune sauvage avant, pendant et après le traitement.

« Nous n’avons pas trouvé d’autres études examinant l’intégralité de la façon dont une communauté de poissons réagit à un tel traitement. En règle générale, seule l’espèce dont vous souhaitez vous débarrasser est examinée », explique Halvorsen.

Comme un filtre à café

Une journée sur le terrain est terminée et 14 litres d’eau de Gillsvannet se trouvent sur la paillasse du laboratoire.

Pour extraire toutes les petites particules de l’eau, Halvorsen pompe l’eau à travers un filtre à mailles fines, un peu comme un filtre à café. Le filtre capture l’ADN de tous les organismes qui se trouvaient à proximité du lac au moment du prélèvement de l’échantillon.

Mais le filtre capture également de nombreux débris non pertinents. Pour extraire des informations de l’échantillon, celui-ci doit être nettoyé. Le filtre est coupé en petits morceaux et placé dans un tube contenant un liquide qui fait éclater les cellules. Halvorsen ajoute ensuite des produits chimiques et filtre le liquide à travers un autre petit filtre pour éliminer les particules indésirables.

Finalement, elle se retrouve avec un échantillon d’ADN propre.

Dans le sol, dans l’eau et dans les airs

Utiliser l’ADN environnemental de cette manière est relativement nouveau. Il avait déjà été utilisé pour détecter des communautés bactériennes dans le sol et les sédiments, mais en 2008, les chercheurs ont commencé à l’utiliser dans l’eau. L’un des derniers développements est qu’il peut également être utilisé avec des échantillons d’air.

« Les chercheurs ont examiné l’air humide de zoos présentant des expositions de climat tropical où se trouvent des gouttes microscopiques d’eau dans l’air et de l’ADN dans ces gouttelettes », explique Halvorsen.

Il est peut-être également possible d’estimer le nombre d’animaux dans une zone à l’aide de cette méthode, mais la recherche en est encore à ses débuts. Halvorsen fait partie de ceux qui ont étudié cette application, qui peut être utile pour traiter des espèces rares ou celles qui commencent tout juste à s’établir dans un nouvel endroit.

« Les limites de l’ADN environnemental sont que vous ne savez pas nécessairement si les poissons détectés dans l’échantillon sont morts ou vivants. Et même si une espèce n’apparaît pas dans un échantillon, elle peut quand même être présente. Cependant, plus vous obtenez d’échantillons. prends, plus tu peux en être certain », dit-elle.

L’ADN comme puzzle

De retour au laboratoire, après le filtrage final, Halvorsen dispose d’un échantillon d’ADN pur. Mais cet ADN pourrait appartenir à des brochets, des escargots ou encore des mouettes mortes.

Pour déterminer si l’échantillon contient de l’ADN de brochet, Halvorsen utilise une méthode appelée réaction en chaîne par polymérase (PCR) en temps réel. Cela se déroule dans une boîte blanche de la taille d’un appareil de cuisine, ressemblant exactement à quelque chose que l’on s’attendrait à trouver dans un laboratoire.

Les chercheurs ont créé une pièce de puzzle qui correspond exactement à l’ADN du brochet, mais pas à celui d’une autre espèce. Dans la machine PCR, les fragments d’ADN sont divisés en deux. Si de l’ADN de brochet est présent, la pièce du puzzle des chercheurs s’y fixera et émettra une lumière fluorescente détectée par la machine.

Voir la situation dans son ensemble

« Le traitement à la roténone a fonctionné comme prévu. Même trois ans plus tard, nous ne trouvons aucune trace de brochet dans les échantillons », explique Halvorsen.

Certaines espèces se sont réinstallées dans l’eau. Truites, anguilles et épinoches sont revenues de la mer ou des cours d’eau en amont. Néanmoins, les chercheurs continueront de surveiller le lac pour garder un œil sur l’écosystème.

« Je pense qu’il est important que nous ne considérions pas le poisson et les autres animaux comme une simple ressource que nous pouvons exploiter. Nous devons non seulement protéger les espèces que nous voulons récolter et manger, mais comprendre que toutes les espèces ont un rôle important pour l’écosystème. pour fonctionner. Nous n’avons pas le droit principal à tout », dit-elle.