Les pétoncles sont l'une des pêcheries les plus rentables du Maine, avec une valeur à l'échelle de l'État de près de 7 millions de dollars en 2016. La pêche au pétoncle est également l'une des plus locales, avec de petits "bateaux de jour" restant près du rivage.

Les débarquements (et les populations) ont fluctué au fil des ans, avec les derniers pics au milieu des années 1980 et 1990. Après de fortes baisses au début des années 2000, l'État a institué une gestion adaptative, fermer certaines zones et surveiller de près d'autres. L'approche semble réussie, comme les débarquements ont augmenté de manière significative, bien que les raisons exactes ne soient pas claires et que de nombreuses questions restent sans réponse. La fermeture d'un gisement de pétoncles protège-t-elle le frai? Combien de temps prend le rétablissement de la population ? Si un lit de pétoncles est grand, ça veut dire que c'est sain ? Tous les gisements de pétoncles sont-ils également productifs ?

Skylar Bayer, qui a obtenu ce printemps un doctorat de l'Université du Maine. en biologie marine, étudie les pétoncles depuis six ans dans le laboratoire de Richard Wahle au Darling Marine Center. Ses recherches portent sur des questions sur la reproduction du pétoncle. Les coquilles Saint-Jacques sont des géniteurs diffusés, libérant leurs ovules et leur sperme séparément dans l'eau. La fécondation se fait par rencontres aléatoires.

Bayer a appris ce qu'elle sait sur les événements de frai des pétoncles grâce à des expériences en laboratoire et sur le terrain, manipuler la température pour induire la ponte, et peser les organes reproducteurs des pétoncles (le sujet de sa tristement célèbre apparition dans le rapport Colbert). Même sous un microscope, cependant, il est difficile de distinguer les œufs, sperme, embryons et larves de pétoncles de ceux d'autres bivalves. Donc, Comment les scientifiques peuvent-ils comprendre ce qui se passe en haute mer ?

Ces questions, combiné avec la disponibilité et l'abordabilité de nouvelles méthodes analytiques et les encouragements de Wahle, a conduit Bayer dans le monde en expansion de la détection quantitative de l'ADN et à la collaboration inattendue avec Peter Countway, un écologiste microbien et chercheur principal au laboratoire Bigelow pour les sciences océaniques à proximité de East Boothbay. Countway étudie la diversité et la structure des microalgues, protozoaires et bactéries, tous des organismes microscopiques. La collaboration avec Bayer sur les coquilles Saint-Jacques a été l'occasion d'observer les plus gros animaux du plancton (métazoaires), comme les œufs de pétoncles, spermatozoïdes et larves.

"Je jette généralement les séquences d'ADN des plus gros trucs, les métazoaires et la macrofaune, mais il pourrait y avoir des informations vraiment importantes là-bas, ", a-t-il déclaré. "Être capable de détecter le stade microbien d'un métazoaire nous donne soudainement une fenêtre sur ce domaine de frai et d'établissement qui était auparavant une boîte noire."

Avec le soutien financier de Maine Sea Grant, les scientifiques ont lancé un projet pour détecter la ponte sans avoir à collecter, étiqueter, Piste, tendre, disséquer ou récolter les pétoncles, comme l'exigeraient les approches traditionnelles. "Nous ne faisons pas d'échantillonnage destructif, dissections qui tuent l'animal, et si l'échantillonnage environnemental fonctionne, nous n'aurons pas à ramasser les animaux et à les amener au labo, " a déclaré Bayer. Leur première tâche était de séquencer une région sélectionnée d'ADN de pétoncle, quelque chose qui n'avait pas été fait auparavant. Ensuite, ils ont développé une technique, en utilisant une méthode connue sous le nom de réaction quantitative en chaîne par polymérase, qui utilise trois morceaux d'ADN qui travaillent ensemble pour localiser et amplifier l'ADN des pétoncles dans le contexte de millions d'autres types d'ADN dans l'environnement.

Bayer et Countway ont ensuite dû déterminer s'ils pouvaient ou non détecter l'ADN de pétoncles dans un échantillon d'eau de mer typique. L'abondance naturelle des cellules de pétoncles dans l'océan pourrait être trop faible pour que même l'instrument le plus sophistiqué puisse les détecter. L'avantage de leur test nouvellement conçu est sa capacité à amplifier la quantité d'ADN de pétoncle dans un échantillon de plusieurs ordres de grandeur, permettant la détection par mesure de fluorescence. Ils ont utilisé avec succès la méthode pour détecter le frai des pétoncles dans le laboratoire du Darling Marine Center. Ils ont reçu des fonds Sea Grant supplémentaires pour l'essayer dans un environnement réel.

En août, Bayer et Countway ont accroché des filets remplis de pétoncles adultes sur le quai du laboratoire Bigelow, et a passé les deux mois suivants à recueillir des échantillons d'eau de la zone autour des pétoncles, pour déterminer les niveaux de fond de cellules de pétoncles et essayer de détecter une augmentation des gènes de pétoncles coïncidant avec un événement de frai naturel.

Les périodes de frai sur la côte du Maine se produisent souvent après le pic de température de l'eau à la fin de l'été, en août ou septembre. Les événements de frai peuvent se produire rapidement et durer moins d'une heure, Bayer a donc dû collecter de nombreux échantillons, et également disséquer certains des pétoncles pour confirmer l'activité de frai et la comparer à leurs échantillons d'eau.

Au cours des deux prochains mois, Bayer et Countway extrairont l'ADN de leurs échantillons pour déterminer s'ils ont capturé des événements de frai.

"Essayer de capturer les événements de frai sur le terrain en temps réel est risqué et demande beaucoup de temps et d'efforts, mais le gain en vaut la peine. Si nous pouvons détecter des événements de génération avec cette méthode, nous pourrions ouvrir une toute nouvelle porte pour comprendre la reproduction et la dynamique des populations chez les animaux marins, ", a déclaré Bayer.

Il existe un intérêt croissant pour les techniques d'ADN environnemental ou « e-ADN » pour évaluer la biodiversité, détecter la présence d'espèces invasives ou toxiques, ou l'étude des schémas migratoires. Les signatures de la vie sont partout, révélant où les animaux ont été et, dans le cas du frai des pétoncles, ce qu'ils ont fait. Les scientifiques n'ont plus besoin de voir ou de capturer une espèce pour savoir qu'elle est là.

La promesse de l'e-ADN est au centre d'une proposition préliminaire dirigée par David Emerson du laboratoire Bigelow, qui a été sélectionné pour être développé en une proposition complète de la voie 1 au programme EPSCoR de la National Science Foundation en 2018. L'UMaine travaillera en étroite collaboration avec Bigelow et d'autres organisations de recherche marine de l'État au cours de la prochaine année dans le cadre de cet effort.