L’ADN environnemental révèle les habitants secrets des récifs

Une équipe de recherche internationale utilise un échantillonnage mondial de l’eau de mer pour révéler où se trouvent les poissons de récifs tropicaux. Pour identifier les espèces et les familles, ils ont utilisé avec succès l’ADN résiduel rejeté par les animaux présents dans l’eau. Mais tous les poissons ne peuvent pas être tracés de cette manière.

Les récifs coralliens tropicaux sont colorés, beaux et riches en espèces. La diversité des poissons est particulièrement élevée : les chercheurs estiment que les récifs coralliens abritent jusqu’à 8 000 espèces de poissons dans le monde.

Cependant, le réchauffement climatique et les activités humaines entraînent la disparition des récifs coralliens à un rythme alarmant, et le nombre d’espèces de poissons de récif et leur répartition n’ont pas encore été quantifiés avec précision.

L’une des raisons est que de nombreuses espèces de poissons mènent des vies très secrètes, se ressemblent beaucoup ou vivent en partie en haute mer et sont donc difficiles à détecter. Pour enregistrer la présence de poissons dans une zone, la recherche sur la biodiversité s’est principalement appuyée sur des observations visuelles par des plongeurs (ou sur la capture de poissons).

Maintenant, une nouvelle méthode fait son chemin dans l’écologie qui contourne ces difficultés : l’ADN environnemental (eDNA). L’idée de cette nouvelle approche est que les organismes laissent leur matériel génétique ou des parties de celui-ci dans l’environnement.

Avec cette approche, les chercheurs n’ont qu’à prélever des échantillons d’eau à un endroit, isoler l’ADN (fragments) qu’elle contient et les séquencer, c’est-à-dire déterminer l’ordre des éléments constitutifs de l’ADN. Ensuite, ils peuvent comparer les séquences avec des séquences d’ADN de référence provenant de spécimens identifiés de manière fiable et déterminer si une espèce est présente à l’endroit en question.

C’est la méthode utilisée par une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université de Montpellier (France) et de l’ETH Zurich pour étudier la présence de poissons de récif.

En 2017 et 2019, les chercheurs ont collecté 226 échantillons d’eau sur 26 sites dans 5 régions marines tropicales. Ils ont isolé et analysé l’ADN, qu’ils ont ensuite attribué aux espèces ou familles correspondantes.

Un sixième plus grande diversité détectée

En utilisant l’eDNA, les chercheurs ont trouvé une diversité de poissons de récif 16% plus élevée qu’avec les méthodes d’enquête conventionnelles telles que les observations visuelles pendant les plongées. « Grâce à la méthode eDNA, nous pouvons détecter de nombreuses espèces et familles de poissons beaucoup plus rapidement qu’avec les seules observations », explique Loïc Pellissier, professeur d’écosystèmes et d’évolution du paysage à l’ETH Zurich. Il est l’un des deux auteurs principaux d’une étude qui vient d’être publiée dans la revue scientifique Actes de la Royal Society B: Sciences biologiques. Les analyses d’ADN ont été achevées après seulement deux ans, mais les observations visuelles qui ont informé l’étude provenaient d’innombrables observateurs et couvrent 13 ans d’activité d’observation.

Avec la nouvelle approche, les chercheurs ont découvert plus d’espèces nageant en eau libre (pélagiques), des espèces liées aux récifs et des espèces qui habitent les nombreuses grottes et crevasses des récifs (cryptobenthique). Les plongeurs voient ou identifient ces poissons avec moins de fréquence.

De nombreuses espèces pélagiques enregistrées préfèrent la haute mer ou de plus grandes profondeurs. Certains appartiennent à des familles qui évitent les plongeurs ou ne vivent pas en permanence dans les récifs coralliens, comme le maquereau et le thon de la famille des Scombridae ainsi que les requins de la famille des Carcharhinidae (requins requiem, par exemple le requin à pointes noires).

La découverte de ces espèces est importante car elles participent activement au fonctionnement d’un récif corallien à travers leurs stades larvaires pélagiques ou leurs migrations nocturnes vers le récif. Le rôle que jouent ces poissons dans l’écosystème est donc souvent sous-estimé.

Les observations visuelles sont (encore) nécessaires

Cependant, toutes les espèces ne peuvent pas être enregistrées aussi facilement à l’aide de l’ADNe, comme les labres (Labridae) ou les blennies (Blenniidae). Les bases de données de référence ne couvrent que partiellement ces familles riches en espèces, dit Pellissier. En raison de ces lacunes, une partie considérable de l’ADNe trouvé dans les échantillons d’eau n’a pas encore été attribuée.

Pour développer davantage l’approche, les chercheurs travaillent dur pour séquencer l’ADN d’un plus grand nombre d’espèces de poissons et alimenter les données dans les bases de données de référence. Néanmoins, des plongées seront encore nécessaires pour enregistrer certaines espèces mal détectées avec l’eDNA, mais aussi pour recueillir des informations supplémentaires telles que la taille des poissons ou la biomasse, qui ne peuvent pas (encore) être récupérées à partir de l’eDNA.

Une diversité extraordinaire dans le Triangle de Corail

Les chercheurs ont également confirmé des découvertes antérieures selon lesquelles la composition des espèces varie considérablement d’une biorégion marine à l’autre. La diversité des poissons est exceptionnellement élevée dans le « triangle de corail » entre Bornéo, la Papouasie-Nouvelle-Guinée et les Philippines, jusqu’à cinq fois plus élevée que dans les Caraïbes, par exemple. Les herbivores (y compris les espèces mangeuses de coraux) y sont particulièrement abondants.

Selon Pellissier, cela a à voir avec le fait que tout au long de l’histoire de la Terre, le Triangle de corail était (et est toujours) très actif sur le plan tectonique, produisant un large éventail d’habitats. La température de surface de cette zone marine était également plus stable pendant les périodes glaciaires, c’est pourquoi une diversité particulièrement élevée a pu se déployer.

La Caraïbe, en revanche, était plus soumise au régime des périodes glaciaires, et ses récifs coralliens et stocks de poissons rétrécissaient pendant les périodes froides. De plus, l’isthme de Panama s’est formé il y a plus de 2,7 millions d’années, ce qui, entre autres, a modifié les courants océaniques dans les Caraïbes. Les deux événements ont conduit à des extinctions plus importantes.