Qu'en est-il de la diversité génétique des êtres vivants indigènes ?

Le monde ne souffre pas seulement de la crise climatique, mais aussi d'une crise de la biodiversité. De nombreux chercheurs parlent déjà d'une extinction massive d'espèces. Les raisons sont multiples, l'une d'entre elles étant le réchauffement climatique qui modifie rapidement les conditions environnementales.

Afin de surveiller et de préserver la diversité biologique, de nombreux pays ont lancé des programmes dans ce sens. Ainsi, la Suisse a créé en 2001 le Monitoring de la biodiversité en Suisse, qui permet de recenser et de surveiller de manière standardisée la diversité des espèces et des habitats sur des centaines de surfaces d'étude d'un kilomètre carré.

Bo?te noire de la diversité génétique

En Suisse, on conna?t donc assez bien la diversité des espèces ou des habitats que l'on peut observer à l'?il nu. Il en va autrement de la connaissance de la diversité génétique au sein des espèces. Celle-ci ne peut pas être saisie à l'?il nu. Il est donc plus difficile et techniquement plus complexe de la recenser.

La diversité génétique est la matière première de l'évolution et donc la condition préalable pour qu'une espèce puisse s'adapter à un environnement changeant. Si nous comprenons comment la diversité génétique évolue au sein d'une espèce et quelles en sont les causes, cela contribue à assurer sa survie à long terme. Les populations animales ou végétales dont la variabilité génétique est faible présentent un risque d'extinction plus élevé, car elles n'ont souvent pas la résistance nécessaire pour résister aux maladies, aux agents pathogènes ou aux conditions météorologiques extrêmes, ou pour réagir aux changements environnementaux.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherche sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) veulent combler ce manque de connaissances. Des scientifiques de la chaire de génétique végétale écologique de l'ETH mènent actuellement, sur mandat de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV), une étude pilote visant à explorer les possibilités de surveiller à long terme la diversité génétique de certains organismes vivants indigènes. L'étude a été lancée en 2020 et se poursuivra jusqu'à fin 2023. Le projet a un caractère pionnier au niveau mondial.

Cinq espèces à la loupe

Dans leur étude pilote, les chercheurs se sont limités dans un premier temps à cinq espèces animales et végétales indigènes : le crapaud calamite (Epidalea calamita), le bruant jaune (Emberiza citrinella), le damier de la valériane (Melitaea diamina) ainsi que l'?illet des chartreux (Dianthus carthusianorum) et l'agrostide à gaine (Eriophorum vaginatum). Ces espèces sont représentatives de certains habitats importants pour la protection de la nature, comme les prairies sèches, les hauts-marais, les habitats des amphibiens, les terres cultivées ou les zones de transition entre la forêt et la prairie.

Les chercheurs ont choisi au hasard 30 sites par espèce dans toute la Suisse et ont prélevé des échantillons sur plus de 1200 spécimens individuels, dont ils ont extrait l'ADN en laboratoire.

Lors de la capture et de la récolte du bruant jaune et du crapaud calamite, les chercheurs de l'ETH ont été soutenus par des spécialistes de la Station ornithologique de Sempach, du Centre de coordination pour la protection des reptiles et des amphibiens de Suisse (Karch) et par des spécialistes des espèces de trois bureaux d'écologie différents.

L'ADN des organismes a ensuite été entièrement décodé brique par brique, c'est-à-dire séquencé, à l'aide d'appareils d'analyse spécialisés et d'ordinateurs haute performance de l'ETH Zurich, ce qui a généré d'énormes quantités de données. "Une fois imprimée, l'information génétique d'une seule cellule de crapaud calamite remplirait plus de 630'000 pages A4. Cela donnerait une pile de papier de 70 mètres de haut", explique le chef de projet Martin C. Fischer de la chaire de génétique végétale écologique de l'ETH.

Afin de comparer la variabilité génétique actuelle avec celle des années 1900, les chercheurs ont également examiné l'ADN de spécimens vieux de 200 ans au maximum, issus d'herbiers et de collections zoologiques, mais se sont limités à deux espèces, le papillon et la linaigrette.

Ils ont d? examiner ces échantillons en salle blanche afin d'éviter toute contamination des très faibles quantités d'ADN ancien. "L'ADN dans de tels spécimens de musée n'existe plus qu'en fragments et ressemble à la qualité d'un mammouth vieux de 10 000 ans dans le permafrost", explique le chercheur en biodiversité. "Les analyser a demandé énormément de temps et de travail". Les résultats de la comparaison de l'ADN sont actuellement encore attendus.

Diversité entre les espèces et les populations très variable

Les chercheurs travaillent maintenant d'arrache-pied à l'analyse et au traitement des données. Mais les premières tendances sont déjà perceptibles.

Ainsi, chez le bruant jaune, la plus mobile des espèces étudiées, la diversité génétique est encore assez homogène dans tout le pays. Chez le crapaud calamite, en revanche, certaines populations sont génétiquement appauvries. Il est possible que vous manquiez d'échanges avec les populations voisines, qui sont génétiquement plus diversifiées.

Les crapauds communs habitent des eaux temporaires sur des bancs de gravier et de sable, formés par des rivières non corrigées et dynamiques. Mais comme de tels habitats sont devenus très rares en Suisse, cette espèce d'amphibiens colonise les gravières et les glaisières ainsi que les terrains d'entra?nement militaires, souvent isolés dans le paysage. Ils sont ainsi inaccessibles aux crapauds en quête de nouveaux habitats et de nouveaux partenaires - les populations ne se mélangent plus.

"Les petites populations isolées avec une faible diversité génétique et un degré élevé de consanguinité présentent un grand risque d'extinction", souligne Fischer. Il suffit d'un événement fortuit, comme un été caniculaire ou l'apparition d'un nouveau parasite, pour que l'espèce s'éteigne localement. Si la diversité génétique était plus élevée, les animaux pourraient mieux faire face à de tels événements aléatoires et à de nouvelles influences environnementales.

Le cas de l'?illet des Chartreux, une plante que l'on trouve dans les prairies sèches, est différent. "Nous avons identifié plusieurs lignées évolutives génétiquement différentes", explique Fischer. Ces lignées sont probablement apparues lors de l'une des dernières périodes glaciaires, que l'espèce a traversées dans différents refuges en dehors des Alpes. De là, les ?illets ont migré à nouveau vers la Suisse et d'autres régions d'Europe après la fonte des glaciers.

A leur grande surprise, les chercheurs ont toutefois découvert des plantes issues d'une autre lignée génétique, originaire d'Europe de l'Est et qui ne devrait pas être présente en Suisse. Cette variante génétique ne se distingue pas extérieurement des ?illets des Chartreux indigènes et, selon Fischer, elle est semée avec des semences étrangères à la région pour la revégétalisation dans le cadre de mesures de compensation écologique ou dans des jardins privés. Des variantes introduites peuvent ainsi se croiser avec des plantes locales et apporter une diversité génétique qui s'est développée ailleurs dans d'autres conditions environnementales et qui est donc étrangère à la région. Cela pourrait affaiblir la population.

"Il est difficile de prévoir comment le croisement de telles lignées génétiques étrangères au site se répercute sur les plantes indigènes et il faut donc les surveiller", fait remarquer Fischer. "Malheureusement, parfois, dans les semences destinées aux surfaces de compensation écologique et aux jardins privés, on ne tient compte que de la composition des espèces, mais pas de leur origine génétique".

Le chercheur en biodiversité et ses collaborateurs souhaitent achever les évaluations d'ici la fin de l'année. Ils prévoient déjà une étude de suivi de deux ans afin de préparer le monitoring à long terme et d'acquérir davantage d'expérience en matière de collecte, d'évaluation et d'archivage standardisés des données. Son objectif est d'étudier génétiquement 50 espèces tous les cinq à dix ans. Les chercheurs sont particulièrement intéressés par le fait d'inclure désormais dans le monitoring génétique des mammifères comme les chauves-souris, des organismes forestiers et aquatiques, ainsi que des champignons.