ADN environnemental

Un poisson se déplaçant dans l'eau et laissant derrière lui des fragments d'ADN. Ces fragments ont une certaine durée de vie dans l'environnement et sont susceptibles d'être collectés.

L'ADN environnemental (ADNe) est de l'ADN collecté dans l'environnement (eau[1], sédiments[2], sol, air[3],[4],[5]) plutôt que directement sur un organisme. Sa collecte permet, grâce à des outils génétiques comme le barcoding moléculaire, d'identifier la ou les espèces dont il provient[5].

L'ADN environnemental est utilisé pour effectuer des inventaires de biodiversité[6],[7], détecter des espèces d'intérêt[1] menacées[8], pathogènes, bioindicatrices ou envahissantes[9], ou pour étudier des paléoenvironnements[2],[10]. De l'ADN daté de deux millions d'années a ainsi été découvert au nord du Groenland par une équipe de chercheurs danois[10], qui ont montré qu'il y existait un grand nombre d'espèces végétales et animales[11],[12].

Le terme est parfois utilisé pour désigner directement la technique d'identification utilisant l'ADN prélevé dans l'environnement[6].

ADN aéroporté

La collecte de l'ADN environnemental (ADNe) a été historiquement faite à partir d'échantillons d'eau ou de sol[13], mais dans les années 2020, l'air s'impose désormais aussi comme une matrice d'information d'une richesse jusqu'alors insoupçonnée. Des laboratoires, comme celui de David Duffy à l'université de Floride, ont montré que les courants aériens charrient constamment des fragments cellulaires, des squames, du pollen et des sécrétions et excrétas biologiques permettant de brosser un tableau précis des écosystèmes locaux[5].

L'ADNe aéroporté permet déjà la détection d'espèces individuelles[14], mais, selon la revue Nature (2024, 2026)[15][réf. incomplète], les chercheurs envisagent des applications plus larges[5]. La capacité à détecter cet ADN aérien a notamment été confirmée par des expérimentations faites dans et à proximité de parcs zoologiques (dont à Londres et Copenhague), où on a pu identifier des espèces de mammifères et d'oiseaux à une distance de 200 mètres, ainsi que des indices sur leur alimentation et la présence d'une faune locale sauvage (chauves-souris, écureuils)[5].

Un passage à échelle nationale a été fait au Royaume-Uni en exploitant les filtres du réseau de surveillance des métaux lourds aérotransportés. L'analyse de l'ADn qu'ils contenaient a permis de recenser plus de 1 100 taxons (des vertébrés aux protistes), incluant des espèces invasives non répertoriées jusqu'alors[5].

La confrontation de ces résultats avec les bases de données de sciences participatives (comme iNaturalist) met en évidence une complémentarité méthodologique : là où l'observation humaine privilégie l'avifaune et les espèces charismatiques visibles ; l'ADNe aéroporté peut capter par exemple des organismes nocturnes, cryptiques, peu visibles ou microscopiques (champignons, lichens, invertébrés), essentiels au fonctionnement des écosystèmes. Cette approche pourrait s'imposer comme une solution pour le suivi dynamique de la biodiversité à échelle continentale, dont pour[5] :

  • l'évaluation quantitative objective des programmes de conservation de la biodiversité ;
  • la quantification objective pour l'évaluation des politiques de restauration écologique, le suivi de la diversité génétique et la modélisation des interactions trophiques globales ;
  • la détection d'agents pathogènes ;
  • la détection d'armes biologiques[16],[5] ;
  • l'exploitation de nouvelles formes d'archives biologiques (car l'ADN peut dans de bonnes conditions être conservé durant des siècles ou décennies) ; en Suède, des chercheurs ont utilisé d'anciens filtres en fibre de verre d'un réseau de détection des radionucléides — établi à la fin des années 1950 pour surveiller les essais nucléaires — afin d'y rechercher et analyser l'ADN environnemental (ADNe), sur 70 ans. Dans ce cas, le séquençage global a été utilisé, plus gourmand en calcul que le métabarcoding classique, mais permettant d'obtenir une résolution taxonomique presque exhaustive dans les groupes des virus, bactéries, faune, flore et parasites. Les séries temporelles obtznues permettent de corréler les fluctuations saisonnières et décennales de la biodiversité aux variations climatiques ou à des changements de gestion agrosylvicole.

Les toiles d'araignées peuvent être utilisées comme biofiltres passifs capturant l’ADNe (par exemple de vertébrés, permettant ainsi de détecter de nombreuses espèces locales — jusqu’à 61 dans un zoo lors de tests — et offrant un moyen simple, non invasif et peu coûteux de surveiller la biodiversité terrestre)[17].

Face à l'immobilité géographique de ces infrastructures étatiques, des alternatives plus flexibles sont en développement, notamment en Australie via le déploiement de capteurs passifs imprimés en 3D. L'objectif à terme est de coupler la profondeur historique des réseaux fixes à la réactivité de dispositifs mobiles afin de détecter en temps réel les effondrements de populations ou l'introduction d'espèces invasives[5].

Plusieurs paramètres scientifiques et éthiques restent néanmoins à élucider pour stabiliser cette méthodologie. La dynamique de dispersion de l'ADN dans les masses d'air, notamment la distance maximale entre la source biologique et le point de captage, nécessite des modélisations complémentaires parfois complexes. La sensibilité croissante des capteurs soulève aussi des problématiques éthiques et juridiques liées à la protection de la vie privée, en raison du risque de capture et d'identification (fortuite ou non) du matériel génétique humain présent dans l'air ambiant[18],[19],[20] (même si ceci ouvre aussi des applications médicales et forensiques)[21].

Références

  1. (en) Gentile Francesco Ficetola, Claude Miaud, François Pompanon et Pierre Taberlet, « Species detection using environmental DNA from water samples », Biology Letters, vol. 4, no 4,‎ , p. 423–425 (ISSN 1744-9561, PMID 18400683, PMCID 2610135, DOI 10.1098/rsbl.2008.0118).
  2. (en) Philip Francis Thomsen et Eske Willerslev, « Environmental DNA – An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity », Biological Conservation, special Issue: Environmental DNA: A powerful new tool for biological conservation, vol. 183,‎ , p. 4–18 (DOI 10.1016/j.biocon.2014.11.019).
  3. ↑ (en) Celine Frere, Nicola Jackson, Jarred Moreno et Alejandro Oliveros Sandino, « Koalas, friends and foes—The application of airborne eDNA for the biomonitoring of threatened species », Journal of Applied Ecology, vol. 61, no 11,‎ , p. 2837–2847 (ISSN 1365-2664, DOI 10.1111/1365-2664.14784, lire en ligne, consulté le ).
  4. ↑ « L’ADN de l’air, puissant outil d’exploration du vivant », sur larecherche.fr (consulté le ).
  5. (en) Aisling Irwin, « The air is full of DNA — here’s what scientists are using it for », Nature, vol. 652, no 8110,‎ , p. 556-558 (DOI 10.1038/d41586-026-01099-2).
  6. Romain Loury, « L’ADN environnemental, nouvel outil pour la biodiversité », sur journaldelenvironnement.net, (consulté le ).
  7. ↑ (en) Rachel Haderlé, Alice Valentini, Visotheary Ung et Jean-Luc Jung, « Improving Marine Megafauna Knowledge with eDNA: A French Story », Biodiversity Information Science and Standards, vol. 7,‎ , e111435 (ISSN 2535-0897, DOI 10.3897/biss.7.111435, lire en ligne, consulté le ).
  8. ↑ (en) Bastien Macé, David Mouillot, Alicia Dalongeville et Morgane Bruno, « The Tree of Life eDNA metabarcoding reveals a similar taxonomic richness but dissimilar evolutionary lineages between seaports and marine reserves », Molecular Ecology,‎ (ISSN 0962-1083 et 1365-294X, DOI 10.1111/mec.17373, lire en ligne, consulté le ).
  9. ↑ Office fédéral de l'environnement OFEV, « Utilisations de l’ADN environnemental pour la surveillance et l’évaluation biologiques des écosystèmes aquatiques », sur bafu.admin.ch (consulté le ).
  10. (en) Kurt H. Kjær, Mikkel Winther Pedersen, Bianca De Sanctis et al., « A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA », Nature, vol. 612, no 7939,‎ , p. 283–291 (ISSN 1476-4687, PMID 36477129, PMCID PMC9729109, DOI 10.1038/s41586-022-05453-y, lire en ligne, consulté le ).
  11. ↑ « Deux millions d'années : c'est l'âge du plus vieil ADN au monde découvert au Groenland », sur euronews.fr, .
  12. ↑ « Quand l'ADN environnemental révèle un écosystème de deux millions d'années », sur radiofrance.fr, .
  13. ↑ (en) Dyani Lewis, « How DNA in dirt is shaking up the study of human origins », Nature, vol. 651, no 8107,‎ , p. 868–870 (ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/d41586-026-00879-0).
  14. ↑ (en) Dyani Lewis, « Rare bird’s detection highlights promise of ‘environmental DNA’ », Nature, vol. 575, no 7783,‎ , p. 423–424 (DOI 10.1038/d41586-019-03522-3).
  15. ↑ « ???? », dans ????.
  16. ↑ (en-US) Benjamin Thompson, « The air is full of DNA — here’s what scientists are using it for », sur Nature, (consulté le ).
  17. ↑ (en) Joshua P. Newton, Paul Nevill, Philip W. Bateman et Matthew A. Campbell, « Spider webs capture environmental DNA from terrestrial vertebrates », Cell, vol. 27, no 2,‎ (ISSN 2589-0042, PMID 38533454, DOI 10.1016/j.isci.2024.108904, lire en ligne, consulté le ).
  18. ↑ (en) Liam Whitmore, Mark McCauley, Jessica A. Farrell et Maximilian R. Stammnitz, « Inadvertent human genomic bycatch and intentional capture raise beneficial applications and ethical concerns with environmental DNA », Nature, vol. 7, no 6,‎ , p. 873–888 (ISSN 2397-334X, PMID 37188965, PMCID 10250199, DOI 10.1038/s41559-023-02056-2, lire en ligne, consulté le ).
  19. ↑ (en-US) Benjamin Thompson, « The air is full of DNA — here’s what scientists are using it for », sur Nature, (consulté le ).
  20. ↑ (en) Aisling Irwin et Benjamin Thompson, « Audio long read: The air is full of DNA — here’s what scientists are using it for », Nature,‎ (ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/d41586-026-01522-8).
  21. ↑ (en) Liam Whitmore, Mark McCauley, Jessica A. Farrell et Maximilian R. Stammnitz, « Inadvertent human genomic bycatch and intentional capture raise beneficial applications and ethical concerns with environmental DNA », Nature, vol. 7, no 6,‎ , p. 873–888 (ISSN 2397-334X, PMID 37188965, PMCID 10250199, DOI 10.1038/s41559-023-02056-2).

Voir aussi

Bibliographie

  • (en) Lydia Larsen, « Why citizen scientists are gathering DNA from hundreds of lakes — on the same day », Nature, vol. 626, no 8001,‎ , p. 934–935 (DOI 10.1038/d41586-024-00520-y).

Liens externes

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