Plonger plus profondément dans nos océans : les drones sous-marins ouvrent de nouvelles portes à la recherche mondiale sur les récifs coralliens

Les écosystèmes coralliens mésophotiques (« lumière moyenne ») sont des habitats tropicaux ou subtropicaux dépendants de la lumière et trouvés à des profondeurs de 30 à 150 mètres. Ils sont uniques car ils hébergent plus d’espèces indigènes que les écosystèmes coralliens d’eau peu profonde. Malgré cela, ils sont largement inexplorés et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre leur biologie fondamentale.

Les chercheurs qui étudient les coraux accèdent à ces constructeurs de récifs invertébrés par la plongée en apnée et la plongée sous-marine, mais ces méthodes ont des limites, en particulier lors de l'identification des coraux à des profondeurs plus profondes. En utilisant le matériel génétique que les organismes expulsent de leur corps dans leur environnement – l'ADN environnemental ou ADNe – les scientifiques peuvent identifier les types de coraux et d'autres organismes vivant dans un habitat particulier, fournissant ainsi un outil puissant pour l'évaluation de la biodiversité.

Il est important de noter que l’étude de l’ADNe des coraux offre des avantages uniques. Premièrement, contrairement aux poissons, les coraux sont stationnaires, ce qui élimine toute incertitude quant à leur emplacement. Deuxièmement, ils sécrètent constamment du mucus dans la mer, fournissant ainsi beaucoup d’ADNe de corail à échantillonner. Pour cette étude, les chercheurs ont analysé l’ADN mitochondrial, qui est plus abondant et de meilleure qualité que l’ADN nucléaire, améliorant ainsi la précision de leurs résultats. Pour en savoir plus sur les méthodes d’analyse des métabarcordages d’ADNe de corail utilisées dans cette étude, voir ici.

Surveillance plus rapide et plus facile des récifs coralliens

Les écosystèmes coralliens mésophotiques (MCE) du Japon possèdent une des plus grandes diversités de coraux durs (Scléractinie) dans le monde, ce qui les rend particulièrement importantes pour les chercheurs, mais difficiles à surveiller car elles sont souvent situées à des profondeurs plus profondes. De plus, pour surveiller avec précision les coraux, les scientifiques ont besoin de compétences en plongée sous-marine et en taxonomie, ce qui peut s'avérer difficile. Les méthodes existantes de surveillance des MCE imposent donc des limites à la réalisation d'enquêtes approfondies, et de nouvelles méthodes sont nécessaires.

En octobre 2022, le professeur Noriyuki Satoh, chef de l'unité de génomique marine, a été approché par M. Shinichiro Nagahama de NTT Communications qui avait pris connaissance de ses recherches sur les méthodes d'ADNe des coraux. M. Nagahama a suggéré d'utiliser leurs drones sous-marins pour collecter des échantillons de récifs coralliens plus profonds afin d'analyser l'ADNe. Le professeur Satoh a ensuite avancé l'idée d'utiliser les drones pour mener des études approfondies des coraux mésophotiques à de plus grandes profondeurs.

Le parc national de Kerama au Japon, à environ 30 km à l'ouest de l'île d'Okinawa, possède certaines des eaux les plus transparentes de l'archipel d'Okinawa. Souvent appelées « bleu Kerama », ces eaux ont été une excellente occasion pour les chercheurs de tester cette nouvelle technique d'échantillonnage. Ils ont collecté des échantillons d'eau de mer, mesurant chacun 0,5 litre, entre 1 et 2 mètres au-dessus des récifs coralliens (entre 20 et 80 mètres de profondeur). Les sites d'échantillonnage ont été choisis sur 24 sites répartis dans 6 zones différentes autour de la pittoresque île de Zamami. L'étape suivante consistait à soumettre ces échantillons à des analyses de métabarcodage des coraux, qui utilisent Scléractinien-des marqueurs génétiques spécifiques pour identifier les différents genres de coraux présents dans chaque échantillon.

À partir des résultats de l’analyse de l’ADNe, les chercheurs ont réussi à identifier les coraux au niveau du genre. La présence et l'absence de certains genres de coraux durs montrés par cette méthode indiquent que les récifs autour des îles Kerama présentaient différentes compositions de coraux durs en fonction de l'emplacement et de la profondeur. Par exemple, le genre Acropora présentait les ratios les plus élevés sur 11 sites, ce qui indique que ces coraux sont communs sur les récifs de l'île Zamami. Les chercheurs ont également découvert que la proportion d’ADNe d’Acropora était plus élevée sur les récifs peu profonds et sur les crêtes supérieures des pentes, tandis que la proportion du genre Porites augmentait sur les sites mésophotiques. En ce qui concerne la profondeur, Acropora a été facilement détecté sur les récifs peu profonds (≤ 15 mètres), tandis que d'autres genres ont été plus fréquemment trouvés sur les récifs plus profonds (> 20 mètres).

Pour étudier les coraux à l’aide des méthodes de métabarcoding de l’ADNe, un séquençage plus approfondi des génomes mitochondriaux des coraux durs est nécessaire, et cette étude suggère qu’il pourrait être possible de surveiller plus efficacement les coraux mésophotiques au niveau générique en utilisant l’ADNe collecté par des drones sous-marins.

L’innovation collaborative à venir

NTT Communications a développé une nouvelle version du drone original utilisé pour cette étude. En réponse à une demande du professeur Satoh, un échantillonneur supplémentaire a été ajouté afin que deux échantillons puissent être collectés au cours d'une seule plongée. De plus, la longueur du câble entre le contrôleur et le drone a été étendue de 150 mètres à 300 mètres et la batterie est désormais remplaçable, afin que les chercheurs puissent poursuivre leur travail d'enquête pendant une journée entière.

Le professeur Satoh travaille actuellement avec deux spécialistes des coraux mésophotiques de l'Université des Ryukyus, le Dr Frederick Singer et le Dr Saki Harii, pour tester davantage cette méthode sur des sites d'étude près de l'île de Sesoko, en utilisant les nouveaux drones améliorés. Il espère révolutionner la manière dont les études de coraux sont menées. Actuellement, les relevés sont limités à des endroits très restreints, mais avec l’aide de ces drones sous-marins avancés, les scientifiques peuvent étendre leurs recherches depuis les régions les moins profondes jusqu’à des profondeurs de 60 mètres et au-delà. “Mon étude idéale inclurait tout le spectre des récifs coralliens, depuis les eaux peu profondes jusqu'aux zones mésophotiques, et même les profondeurs sableuses. Ces machines constituent une excellente méthode pour mener des études plus larges de surveillance de l'ADNe”, a-t-il fait remarquer.