L'ADN environnemental révèle les habitants secrets des récifs

Les récifs coralliens tropicaux sont colorés, magnifiques et riches en espèces. La diversité des poissons est particulièrement élevée: les chercheurs et chercheuses estiment que les récifs coralliens abritent pas moins de 8000 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 récifs et leur répartition n'ont pas encore été quantifiés avec précision.

L'une des raisons en est que de nombreuses espèces de poissons mènent une vie très secrète, se ressemblent beaucoup ou vivent en partie en pleine 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 effectuées par des plongeuses et plongeurs (ou la capture de poissons).

Aujourd'hui, une nouvelle méthode qui contourne ces difficultés fait son apparition en écologie: l'ADN environnemental (ADNe). 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 chercheuses et chercheurs n'ont qu'à prélever des échantillons d'eau à un endroit, isoler l'ADN (fragments) qu'ils contiennent et les séquencer, c'est-à-dire déterminer l'ordre des éléments constitutifs de l'ADN. Ils et elles peuvent ensuite 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 et chercheuses de l'Université de Montpellier (France) et de l'ETH Zurich pour étudier l'occurrence des poissons de récifs.

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

Une diversité un sixième plus grande a été détectée

Grâce à l'ADN électronique, l'équipe de recherche a découvert une diversité de poissons de récifs 16% plus élevée qu'avec les méthodes d'enquête classiques, telles que les observations visuelles lors des plongées. «Grâce à la méthode de l'ADN électronique, 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 auteur·es principales et principaux d'une étude qui vient d'être publiée dans la revue scientifique Proceedings of the Royal Society. Les analyses d'ADN ont été concluantes après seulement deux ans, mais les observations visuelles qui ont servi de base à l'étude proviennent d'innombrables observatrices et observateurs et couvrent 13 ans d'activité d'observation.

Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs et chercheuses ont découvert davantage d'espèces nageant en pleine eau (pélagiques), d'espèces liées aux récifs et d'espèces habitant les nombreuses grottes et crevasses des récifs (cryptobenthiques). Les plongeuses et plongeurs voient ou identifient ces poissons moins fréquemment.

Un grand nombre des espèces pélagiques recensées préfèrent la haute mer ou les grandes profondeurs. Certaines appartiennent à des familles qui évitent les plongeurs et plongeuses ou ne vivent pas en permanence dans les récifs coralliens, comme les maquereaux et les thons de la famille des Scombridae ainsi que les requins de la famille des Carcharhinidae (les requins requiem, par exemple le requin de récif à pointe noire).

La découverte de ces espèces est importante car elles participent activement à la fonction d'un récif corallien par leurs stades larvaires pélagiques ou leurs migrations nocturnes vers le récif. Le rôle que ces poissons jouent 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'ADN électronique, comme les labridés (Labridae) ou les blennies (Blenniidae). Les bases de données de référence ne couvrent que partiellement ces familles riches en espèces, explique Loïc Pellissier. En raison de ces lacunes, une partie considérable de l'ADN électronique trouvé dans les échantillons d'eau n'a pas encore été attribuée.

Afin de perfectionner l'approche, l'équipe de recherche travaille d'arrache-pied au séquençage de l'ADN d'autres espèces de poissons et à l'introduction des données dans les bases de données de référence. Néanmoins, des plongées seront encore nécessaires pour enregistrer certaines espèces mal détectées par l'ADN électronique, mais aussi pour recueillir des informations supplémentaires telles que la taille ou la biomasse des poissons, qui ne peuvent pas (encore) être récupérées à partir de l'ADN électronique.

Une diversité extraordinaire dans le Triangle de Corail

Les chercheuses et chercheurs ont également confirmé des conclusions 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 que dans les Caraïbes, par exemple. Les herbivores (y compris les espèces mangeuses de coraux) y sont particulièrement abondants.

Selon Loïc Pellissier, cela s'explique par le fait que, tout au long de l'histoire de la Terre, le Triangle de Corail a été (et est toujours) très actif sur le plan tectonique, ce qui a donné lieu à une grande diversité d'habitats. La température de surface de cette zone marine était également plus stable pendant les périodes glaciaires, ce qui explique qu'une diversité particulièrement élevée ait pu s'y déployer.

Les Caraïbes, en revanche, ont été davantage soumises au régime des périodes glaciaires, et leurs récifs coralliens et leurs stocks de poissons ont diminué pendant les périodes froides. En outre, l'isthme de Panama s'est formé il y a plus de 2,7 millions d'années, ce qui a notamment modifié les courants océaniques dans les Caraïbes. Ces deux événements ont entraîné une augmentation des extinctions.

Coopération internationale

Pour cette étude, l'un des sponsors du consortium de recherche était Monaco Explorations, une organisation du Prince de Monaco. L'organisation a fourni aux scientifiques un navire de recherche pour la première partie du projet, qui leur a permis de collecter des échantillons d'eau dans les Caraïbes et au large de la côte colombienne. D'autres échantillons ont été collectés lors de voyages distincts, également financés par le gouvernement monégasque.

«Pour moi, en tant que chercheur suisse, il était extrêmement important de faire partie d'une collaboration internationale», explique Loïc Pellissier. Sans les liens avec ses partenaires françaises, colombiens, indonésiennes et australiens, il n'aurait pas pu mener à bien cette étude. Il ajoute : «Nous ne pouvons pas faire de la recherche isolée à ce niveau en Suisse».

Une autre expédition pour collecter des échantillons d'eau est prévue dans le courant de l'année. Cette fois, les chercheuses et chercheurs veulent échantillonner les eaux tropicales de l'océan Indien entre l'Afrique du Sud et les Seychelles. Cette expédition, qui viendra compléter les prélèvements effectués les années précédentes, a également dû être reportée en raison du coronavirus.