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L’ADN environnemental, outil innovant de détection de la biodiversité.

ADN environnemental

La biodiversité cachée

Etudier la distribution des espèces dans un environnement est une étape clé dans un projet environnemental comme une étude d’impact, un suivi ou un inventaire de biodiversité ou pour la mise en place de plans de conservation. Cependant, les résultats de telles études peuvent être biaisés ou sous-estimés, car de nombreuses espèces peuvent être difficiles à détecter en raison d’une faible densité, d’un comportement ou d’une apparence cryptique, d’un habitat difficile d’accès ou parce qu’elles sont moins visibles ou identifiables à certains stades de leur cycle de vie.

campagnol amphibie
De nombreuses espèces côtoient les habitats naturels, mais leur présence peut parfois échapper à l’œil de l’observateur. Le campagnol amphibie (Arvicola sapidus) est un petit rongeur très discret, capable de rester plusieurs minutes en apnée, rendant ses observations difficiles (photo: David Perez)

A l’aide des outils de séquençage nouvelle génération, il est désormais possible d’identifier une ou plusieurs espèces présentes dans un environnement par simple prélèvement d’un échantillon d’eau ou de sol, en utilisant l’ADN contenu naturellement dans cet échantillon : c’est ce qu’on appelle l’ADN environnemental. Cet outil révolutionne les  suivis de biodiversité depuis quelques années.

Comment peut-on détecter une espèce à partir d’un échantillon d’environnement ?

L’environnement retient l’empreinte moléculaire, ou ADN, des espèces qui l’habitent : mucus, fèces, urine, poil, salive…Ce sont des indices de présence de ces espèces à même titre qu’une empreinte ou un chant. Ces indices invisibles à l’œil nu sont désormais utilisables grâce aux progrès techniques en matière de séquençage de l’ADN.

Cette approche permet de répondre aux situations où les techniques de recensement traditionnels donnent des résultats de faible qualité, sont trop invasives pour l’espèce (notamment pour les espèces protégées) ou nécessitent un effort d’échantillonnage trop important, et donc coûteux. Par exemple, la détection d’espèces invasives à des stades précoces d’invasion, c’est à dire lorsqu’elles sont encore présentes à faible densité, est cruciale pour intervenir au bon moment et contrôler l’invasion. En outre, cette technique est particulièrement intéressante pour évaluer la distribution d’espèces menacées qui sont concernées par des plans de conservation car elle a pour avantage d’être précise et non invasive puisque elle évite toute capture ou piégeage qui pourrait stresser ou blesser un animal.

Trois exemples concrets d’utilisation de l’ADN environnemental

grenouille taureau

Introduite volontairement par l’Homme en France, la grenouille taureau est une menace pour la faune des zones humides. Grandes prédatrices d’autres amphibiens, elle est également vecteur de pathogènes et met en péril les populations autochtones. Des recherches sont en cours pour capturer et éliminer les populations de grenouilles taureaux. Le premier pas pour ces techniques de gestion est de détecter les zones de présences de cette espèce le plus tôt possible pour agir vite et éviter des dégâts et des coûts de gestion trop important.

(1) Dejean, T., Valentini, A., Miquel, C., Taberlet, P., Bellemain, E., & Miaud, C. (2012). Improved detection of an alien invasive species through environmental DNA barcoding: the example of the American bullfrog Lithobates catesbeianus. Journal of applied ecology49(4), 953-959.

(2) Saunders, G. W. (2009). Routine DNA barcoding of Canadian Gracilariales (Rhodophyta) reveals the invasive species Gracilaria vermiculophylla in British Columbia. Molecular ecology resources9, 140-150.

Source photo: U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters

1. Mieux détecter les espèces envahissantes.

Une étude comparative sur les méthodes de détection de la grenouille taureau (Lithobates catesbeianus) (1), une espèce exotique invasive particulièrement menaçante pour la biodiversité a montré que la présence de cette espèce avait été confirmée sur 7 sites par prospection visuelle contre 38 sites par la méthode d’ADN environnemental. Ces résultats suggèrent que les méthodes traditionnelles d’échantillonnage de la biodiversité peuvent sous-estimer la présence et la distribution d’une espèce et que l’ADN environnemental est une méthode pertinente pour la détection d’espèces envahissante.
Autre exemple, où une prospection floristique en milieu aquatique réalisée au Canada par méthode d’ADN environnemental a permis la détection précoce d’une espèce exotique invasive d’algue rouge du genre Gracilaria en Colombie Britannique (2).


2. Mieux estimer la richesse spécifique d’un environnement.

L’ADN environnemental permet de déterminer la richesse spécifique d’un écosystème avec précision et de manière non-invasive. Il a par exemple été démontré que cette méthode permettait de détecter plus d’espèces de poisson que par un inventaire par pêche électrique (12 espèces détectées par pêche électrique, contre 16 par ADN environnemental) (3). Ces recensements permettent donc non seulement d’améliorer la qualité des données de recensement mais également de réduire l’impact des prospections sur les populations de poissons et leurs habitats, en évitant d’utiliser des techniques dites « invasives » de capture et pêche électrique, traditionnellement utilisées par les écologues. Mais cela permet également de réduire les coûts d’échantillonnage en temps et en argent.

(3) Olds, B. P., Jerde, C. L., Renshaw, M. A., Li, Y., Evans, N. T., Turner, C. R., … & Pfrender, M. E. (2016). Estimating species richness using environmental DNA. Ecology and Evolution6(12), 4214-4226.


Loutre d'europe

La loutre d’Europe (Lutra lutra) fait l’objet d’un plan national de conservation pour favoriser son retour dans son habitat naturel. Une meilleure connaissance de sa répartition géographique permet de mettre en place des plans d’aménagement en sa faveur tel que des passages à loutre pour éviter les collisions routières.

passage à loutre GMB
Passage à loutre sous la RN165 dans le Finistère (Groupe Mammalogique Breton)

(4) Harper, L. R., Handley, L. L., Carpenter, A. I., Ghazali, M., Di Muri, C., Macgregor, C. J., … & McDevitt, A. D. (2019). Environmental DNA (eDNA) metabarcoding of pond water as a tool to survey conservation and management priority mammals. Biological Conservation238, 108225.


Source photo: Fabrice CAPBER

3. Améliorer les données de distribution sur les mammifères.

Bien que principalement utilisé en milieu aquatique pour la détection des communautés d’amphibiens, de macro invertébrés ou de poissons, l’ADN environnemental est également un outil très prometteur pour la détection des mammifères. En effet, il permet l’identification de multiples espèces de mammifères simultanément (semi aquatique et terrestre), qu’elles soient rares, invasives ou abondantes (4). Cet outil permet donc de générer des données de distribution pour plusieurs mammifères en même temps, permettant ainsi d’implémenter les bases de données de distribution encore faible pour ce groupe d’espèces et de réduire le temps passé sur le terrain en gardant une qualité de données identiques voire supérieure aux autres méthodes de prospection. A partir de telles données, il est alors possible de mettre en place des plans d’action et des outils de gestion et de conservation pour les mammifères.

Révéler la biodiversité


L’ADN environnemental est une méthode à fort potentiel pour construire des listes complètes de biodiversité ou pour détecter des espèces cibles (invasives ou sensible) pour les diagnostics écologiques dans le but d’améliorer la gestion des écosystèmes. Dans cette optique, Foxaly propose des prestations d’analyse de la biodiversité par ADN environnemental dans le cadre de ses études écologiques : en savoir plus.

Foxaly est membre du réseau VigiDNA
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