L'eDNA ancien révèle les changements de biodiversité marine en Islande

Ces dernières décennies, les écosystèmes marins mondiaux ont subi d'importants changements, principalement à cause des activités humaines. La vie marine et la Biodiversité font face à de nombreuses menaces, et il est essentiel de documenter ces changements pour mieux gérer les ressources et protéger efficacement les écosystèmes. Les données chronologiques sur la biodiversité, qui suivent les évolutions de la vie marine au fil du temps, peuvent montrer à quelle vitesse ces écosystèmes changent et aider à définir des objectifs pour les restaurer.

Malgré l'importance de ces données, la plupart des informations disponibles ne couvrent que quelques décennies. Même les études les plus longues donnent un aperçu limité des écosystèmes marins avant l'ère industrielle. Comprendre ces conditions passées est crucial, car il y a une reconnaissance croissante de l'impact des activités humaines préhistoriques sur les environnements marins. Les recherches dans des domaines comme l'écologie historique et l'archéologie ont révélé que l'influence humaine sur ces écosystèmes s'étend beaucoup plus loin que ce que les surveillances actuelles peuvent observer.

Bien que les données historiques offrent un aperçu d'un point de vue humain à travers des documents comme des journaux de pêche, elles ne mesurent souvent pas directement les changements dans la biodiversité. D'un autre côté, la paléoécologie examine les écosystèmes naturels sur de longues périodes, mais est limitée par le fait qu'une petite fraction seulement de la biodiversité est préservée sous forme de fossiles. Cette situation nous laisse avec peu d'informations sur la biodiversité marine passée pour comparer avec ce que nous observons aujourd'hui.

Un défi dans la compréhension des changements d'écosystèmes est le concept de "syndrome de base mobile", où les gens supposent que les conditions vivantes sont normales. Par conséquent, les changements à long terme peuvent rester non reconnus. Ce problème révèle une lacune de connaissances concernant la biodiversité antérieure à l'homme et l'effet global qu'ont eu les humains sur les écosystèmes marins.

#ADN environnemental : Une nouvelle approche

Les organismes libèrent de l'ADN dans leur environnement tout au long de leur vie. Ce matériel génétique peut s'accumuler dans les Sédiments marins, fournissant un enregistrement de la biodiversité passée. L'analyse de cet ADN environnemental ancien (eDNA) devient un moyen populaire d'étudier les écosystèmes marins passés. La recherche utilisant des sédiments marins a réussi à reconstruire des populations de poissons passées, à démontrer comment les écosystèmes ont changé à cause d'influences naturelles et humaines, et à révéler des écosystèmes inconnus qui existaient il y a des millions d'années.

Il existe deux méthodes principales pour analyser les données sur la biodiversité issues de l'eDNA marin : la métagénomique et le métabarcodage. Bien que les deux méthodes produisent des données de séquençage à haut débit, le métabarcodage se concentre sur des marqueurs ADN spécifiques pour des groupes taxonomiques particuliers, tandis que la métagénomique offre des données complètes à l'échelle du génome. Des études indiquent que les deux techniques produisent des données fiables sur la biodiversité à partir des sédiments marins des 3 000 à 5 000 dernières années. Cependant, la métagénomique fait actuellement face à des défis, y compris moins de développement méthodologique et moins de méthodes d'analyse de données établies.

#Étude de cas : La biodiversité marine de l'Islande

L'Islande présente un cas idéal pour examiner les impacts humains sur la biodiversité marine à travers l'eDNA ancien. Cette île, située juste au sud du cercle arctique, était l'un des derniers endroits colonisés par les humains. Les premiers établissements permanents en Islande remontent à environ 877 ap. J.-C., principalement occupés par des peuples nordiques et gaéliques. Au fil des siècles, la gouvernance de l'Islande a changé entre diverses puissances, culminant avec l'établissement de la République d'Islande en 1944.

Des recherches sur l'ADN ancien provenant d'échantillons de sédiments indiquent que les espèces de plantes terrestres en Islande sont restées stables pendant des milliers d'années avant l'arrivée humaine. Cela suggère que les premiers colons auraient rencontré un environnement pur après le déglaciation de l'île. Les données écologiques marines du nord de l'Islande révèlent comment les écosystèmes ont réagi aux changements climatiques au cours de l'Holocène, indiquant ainsi un environnement marin possiblement intact au moment de la colonisation.

Les premiers colons islandais dépendaient fortement des ressources marines en raison des conditions de culture difficiles dans le climat nordique. Des preuves suggèrent un changement significatif dans les pratiques de subsistance, passant principalement des mammifères terrestres aux ressources marines, y compris les poissons et les mammifères marins. Ce changement se reflète dans les découvertes archéologiques, qui montrent un changement dans les types de restes trouvés sur les sites de peuplement.

#Collecte de données historiques

Pour étudier les changements dans la biodiversité marine, des échantillons de carottes sédimentaires ont été collectés sur le plateau nord-islandais. Deux carottes ont été analysées pour l'eDNA ancien : l'une collectée en mai 2022 et l'autre en juin 2006. Ces échantillons ont été manipulés avec soin pour éviter toute contamination, et des sous-échantillons ont été prélevés pour l'extraction d'ADN.

Chaque carotte a été datée à l'aide de techniques de datation au carbone 14, ainsi que par l'identification de couches de téphras (cendres volcaniques) dans les sédiments. Le processus de datation a établi un calendrier pour déterminer quand les organismes ont vécu dans les couches échantillonnées. Ce calendrier est crucial pour comprendre comment la biodiversité a changé au fil du temps.

#Analyse de l'ADN ancien

Une fois les échantillons de sédiments collectés, l'ADN a été extrait et analysé pour l'ADN environnemental ancien. Le processus en laboratoire a impliqué plusieurs étapes pour garantir l'exactitude des résultats, y compris l'ajout d'échantillons de contrôle pour confirmer que les méthodes fonctionnaient correctement. Les régions cibles de l'ADN ont été amplifiées à l'aide de primers spécifiques conçus pour capturer un large éventail d'organismes marins.

Les échantillons d'ADN amplifiés ont ensuite été séquencés, générant des millions de lectures d'ADN. Ces lectures ont été analysées pour identifier divers organismes présents dans les échantillons de sédiments. L'analyse a révélé une large gamme de biodiversité, avec de nombreuses espèces différentes identifiées.

#Résultats sur la biodiversité marine

L'analyse de l'eDNA des sédiments marins islandais a montré des écosystèmes stables au cours des trois derniers millénaires. L'identification des groupes taxonomiques a révélé que les diatomées, un type de phytoplancton, constituaient une part significative de la vie marine. Cependant, deux espèces de poissons, le cabillaud et le hareng, ont servi de points de focalisation pour examiner les impacts humains.

Les taux de détection du cabillaud sont restés largement inchangés au cours de la période d'étude, suggérant un impact humain minimal sur leurs populations. En revanche, les taux de détection du hareng ont diminué, montrant une corrélation claire avec les changements de température de la surface de la mer. Cette découverte indique que les facteurs climatiques naturels ont joué un rôle plus significatif dans la formation de la biodiversité marine que les activités humaines avant l'ère industrielle.

#Contexte des activités humaines

La population humaine en Islande a rapidement augmenté après la colonisation, atteignant un pic vers 1400 ap. J.-C. avant de connaître de fortes déclins en raison de maladies comme la peste noire. Le registre archéologique reflète un changement dans l'utilisation des ressources, passant d'un accent sur les mammifères terrestres aux poissons marins. Ce changement met en évidence la dépendance vis-à-vis des ressources marines à mesure que les populations humaines s'étendent.

Comparer les enregistrements climatiques de l'Islande éclaire également comment l'environnement a changé au fil du temps. La variabilité de ces enregistrements est liée à des modèles climatiques plus larges, comme l'Anomalie climatique médiévale et le Petit âge glaciaire. De telles fluctuations climatiques ont probablement influencé les écosystèmes marins, avec des périodes de refroidissement entraînant des changements dans les populations de poissons.

#Influence du climat sur la vie marine

La tendance à la baisse des températures de surface de la mer observée dans les carottes sédimentaires suggère un influx accru d'eau polaire froide au fil du temps. Ces changements ont probablement affecté la productivité marine et la disponibilité de nourriture pour des espèces de poissons comme le hareng, entraînant le déclin observé de leurs taux de détection. En revanche, aucune tendance similaire n’a été identifiée pour les populations de cabillaud, peut-être parce que le cabillaud peut ajuster ses habitudes alimentaires en réponse aux changements de disponibilité alimentaire.

Comprendre ces dynamiques est complexe. Les poissons et d'autres espèces marines sont touchés par divers facteurs, y compris les changements climatiques naturels et les activités humaines. L'étude des écosystèmes marins islandais illustre comment les changements écologiques sont souvent le résultat d'influences environnementales et anthropiques.

#Conclusions sur les changements de la biodiversité marine

Les résultats de cette enquête mettent en évidence la relation complexe entre le changement climatique, les activités humaines et la biodiversité marine. Bien qu'il existe des preuves d'impact humain sur certaines espèces, comme l'extinction locale du morse, les effets globaux des activités humaines préindustrielles sur la biodiversité marine en Islande semblent relativement minimes.

Cette étude souligne la nécessité de recherches supplémentaires pour comprendre de manière exhaustive comment les écosystèmes passés fonctionnaient et comment ils peuvent éclairer notre approche des défis environnementaux actuels. Les preuves suggèrent que, bien que les humains aient toujours eu un certain impact sur les écosystèmes marins, les facteurs naturels ont joué un rôle plus important, en particulier à l'époque préindustrielle.

En étudiant l'ADN ancien et en examinant ces écosystèmes, les chercheurs peuvent obtenir des informations sur la façon dont la biodiversité marine a évolué et quelles implications cela peut avoir pour la gestion et la protection des ressources marines à l'avenir. Au fur et à mesure que les études progressent et que la technologie avance, une image plus claire de l'interaction entre les humains et les écosystèmes marins émergera, guidant les efforts pour soutenir la biodiversité face aux changements environnementaux en cours.