Chaque goutte d'eau de mer contient des milliers de cellules qui peuvent révéler la diversité de la vie dans notre océan. A l'aide d'un laboratoire robotique autonome et d'un véhicule sous-marin autonome, Les scientifiques et ingénieurs de MBARI développent des techniques de collecte avancées qui pourraient un jour simplifier le travail des biologistes et des gestionnaires de ressources.

Une étude récente confirme que les échantillons d'ADN environnemental collectés de manière autonome (eDNA) sont équivalents aux échantillons collectés par des personnes utilisant des méthodes traditionnelles, méthodes manuelles. eDNA fait référence à tout l'ADN qui peut être extrait d'un échantillon environnemental, y compris à partir d'une myriade de micro-organismes et d'animaux plus gros via des particules de peau, mucus, et les déchets qu'ils jettent.

Un nombre croissant de recherches indique que les enquêtes sur la faune utilisant des analyses eDNA peuvent être aussi (ou plus) précises que la simple utilisation de méthodes traditionnelles. En tant que tel, Les évaluations eDNA semblent offrir un moyen très prometteur et rentable de surveiller la biodiversité, qui présente une proposition attrayante pour les chercheurs ainsi que pour les gestionnaires de ressources qui étudient les écosystèmes océaniques.

Des recherches antérieures dans ce domaine se sont concentrées sur des spécificités d'échantillonnage telles que les types de filtres utilisés pour concentrer l'ADNe à partir d'échantillons d'eau ou les méthodes d'analyse et d'interprétation des signaux d'eDNA trouvés dans ces échantillons. C'est toujours un défi majeur de comprendre comment les chercheurs peuvent appliquer les techniques d'analyse de l'ADNe sur de grandes étendues d'océan ou sur de longues périodes de temps. Maintenant, Les relevés eDNA en haute mer nécessitent un temps de navigation important, qui coûte cher, travail intensif, et limitant.

Pour résoudre ces problèmes, les auteurs de la nouvelle étude ont utilisé une nouvelle génération de processeur d'échantillons environnementaux (ESP) de MBARI et l'ont associé au véhicule sous-marin autonome à longue portée (LRAUV) de MBARI.

L'ESP est un laboratoire robotique compact qui automatise la collecte et le traitement des échantillons d'eau. La version utilisée dans cette étude peut acquérir jusqu'à 60 échantillons. Le LRAUV porte l'instrument, lui permettant de se déplacer librement dans l'océan pendant des jours ou des semaines de la surface à 300 mètres (984 pieds) de profondeur tout en collectant des échantillons à certains moments ou dans des conditions environnementales spécifiques. Le résultat :un système qui permet la collecte d'ADNe en mer sans présence humaine sur le terrain.

"La fusion de la robotique, L'analyse de l'ADN et les opérations marines conduiront à une transformation de notre façon de faire des sciences océaniques et ce travail eDNA n'est que le début, " a déclaré Jim Birch, qui supervise le groupe MBARI qui a développé l'ESP.

L'objectif des chercheurs était de comparer la capacité de l'ESP à collecter automatiquement des échantillons par rapport aux protocoles établis qui reposent sur des mains humaines. Les échantillons pour ces tests provenaient de l'exposition de la forêt de varech à l'aquarium de la baie de Monterey et de la baie de Monterey elle-même.

L'étude a examiné l'ADN de petits organismes comme les microbes et le phytoplancton ainsi que d'animaux plus gros comme le krill et les anchois. L'équipe a également testé l'efficacité de l'ESP pour préserver les échantillons d'ADN qui restent à bord du LRAUV pendant qu'il est en mer.

« La première étape pour « faire confiance » aux collections robotiques est de montrer qu'elles donnent des résultats équivalents aux méthodes traditionnelles. Ce travail est une confirmation passionnante de cette première étape critique, " dit Bouleau.

Pour les échantillons prélevés et conservés automatiquement, les concentrations d'eDNA étaient presque égales à celles recueillies par des méthodes manuelles à la fois pour les petits microbes et le phytoplancton ainsi que pour le plus gros krill et les anchois. Les échantillons d'ADNe conservés par ESP n'ont montré aucune différence de concentration pour aucun des organismes testés sur une période de 21 jours - la durée pendant laquelle le LRAUV peut être déployé et éloigné du rivage.

« Le LRAUV est une approche agile de l'évaluation des écosystèmes. L'instrument peut être déployé de jour comme de nuit et par mauvais temps, permettant une réponse rapide aux événements, " a déclaré Kelly Goodwin, co-auteur de l'étude de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Parce qu'un grand, navire cher n'est pas nécessaire, des échantillons pourraient être prélevés plus souvent. Une meilleure couverture de l'échantillon pourrait aider les modèles et les prévisions, which help keep waters and seafood safe and help sustain the services we get from the ocean, like fishing."

The ability to collect DNA in a more cost-effective (and time-effective) manner has the potential to revolutionize the way we approach ocean science and ecosystem monitoring. From studies of open-ocean eddies to rivers and lakes, automated sample collection and analytical systems offer opportunities for furthering our understanding of ocean processes, as well as tracking managed, invasive, or harmful species.

"This study demonstrates the ability to collect eDNA samples autonomously to make observations of complex biological processes at fine-scale temporal and spatial resolutions that are not possible to accomplish today using conventional sampling methods, " concluded MBARI Research Specialist Kevan Yamahara.