Deep Trouble: Dans la chasse à la carpe asiatique, les scientifiques trouvent de l'ADN, controverse

David Lodge de l'Université de Notre Dame (à gauche) a aidé à créer une technique basée sur la génétique pour suivre les carpes asiatiques insaisissables. Ici, il regarde Joel Corush, un technicien de recherche, filtrer un échantillon d'eau à la recherche de traces révélatrices d'ADN. Gary Porter

Ce rapport a été initialement publié le 21 août 2012. Il fait partie de la série "Deep Trouble".

Un étang à poissons dans le Missouri révèle à quel point la carpe asiatique peut être furtive.

Peut-être un acre de taille, l'étang avait été peuplé de poissons-chats, de bars et de crapets arlequins. Le propriétaire le remplissait de nourriture pour poissons, mais les poissons semblaient mourir de faim. Ainsi, au début de 2010, le propriétaire a fait appel à un consultant.

"Ils sont sortis avec des engins de pêche électrique, ont attrapé des poissons et les ont regardés", a déclaré Duane Chapman, l'un des principaux experts de la carpe asiatique du pays et biologiste au US Geological Survey. "Les poissons étaient émaciés et il ne savait pas pourquoi. Il a dit:" Il y a quelque chose qui ne va pas ici. Nous devons recommencer. Ils ont apporté de la roténone et ont complètement détruit l'étang."

Au cours de la semaine suivante, les carcasses en décomposition d'environ 300 carpes à grosse tête ont fait surface. Les plus petits pesaient 20 livres. Les plus gros étaient un border collie de 35 livres. Les carpes asiatiques empoisonnées, a expliqué Chapman, sont différentes de nombreuses espèces de poissons en ce sens qu'elles ne font généralement pas surface à moins que l'eau ne soit suffisamment chaude pour que les gaz s'accumulent dans leur ventre, un processus qui peut prendre une semaine.

"C'était assez incroyable qu'il puisse y avoir autant de fourrage dans un petit étang", a déclaré Chapman.

Il s'est avéré qu'une décennie plus tôt, le propriétaire précédent avait rempli l'étang de grosses têtes. Ils avaient fleuri juste sous le nez du nouveau propriétaire, qui avait flairé les ennuis - mais ne pouvait rien voir.

David Lodge est l'un l'un des plus grands experts du pays en matière d'espèces envahissantes et, ces dernières années, il s'est forgé une réputation de scientifique qui ne se contente pas de voir son travail prendre la poussière sur les étagères des bibliothèques. L'homme de 54 ans à lunettes avec le choc des cheveux noirs d'un homme plus jeune a encore un peu un traîneau sudiste de son enfance en Alabama, mais il énonce ses mots d'une manière si précise qu'il est facile de l'imaginer comme le naturaliste en herbe dont il se souvient avoir été enfant.

"J'étais l'un de ces enfants fascinés par la nature dès le départ", a-t-il déclaré dans son bureau du parc d'innovation de l'Université de Notre-Dame, un nouveau bâtiment de campus étincelant où les empreintes digitales ouvrent des portes verrouillées. "J'ai passé tous mes moments d'inactivité à retourner des rochers dans les ruisseaux et à nager, faire de la plongée avec tuba, pêcher, attraper des grenouilles, des serpents, des tortues et tout ce que je pouvais attraper... J'ai passé mon temps libre à l'intérieur à lire des guides de terrain. Ce n'est pas l'activité habituelle d'un adolescent. Mais j'étais plus heureux de faire ça que de jouer au baseball."

Lodge a pensé à étudier l'histoire quand il est arrivé à l'université, "Mais à la fin, je pense que c'était assez clair pour les autres, même si ce n'était pas toujours clair pour moi, que j'adorais la biologie."

Cet amour l'a amené à l'Université d'Oxford en tant que boursier Rhodes. Il a ensuite été président du Conseil consultatif sur les espèces envahissantes du président Bill Clinton et a créé l'Environmental Change Initiative de Notre Dame, une équipe de chercheurs universitaires qui tente d'éclairer les décisions de politique publique sur les questions environnementales brûlantes telles que les espèces envahissantes et le changement climatique.

Franchir la ligne entre la recherche académique pure et la politique publique n'est pas quelque chose qu'il a fait à la légère, car au début de sa carrière, cela n'était pas considéré comme acceptable.

"Lorsque vous avez rédigé des propositions pour que la recherche soutienne votre travail, vous ne les avez pas exprimées en termes de problèmes que vous alliez résoudre dans le monde", a-t-il déclaré. "Vous les avez exprimés en termes d'excitation intellectuelle et de nouvelles idées."

Mais cette ligne s'est estompée ces dernières années et aujourd'hui, le travail de Lodge est souvent au centre de certains des débats écologiques et politiques les plus épineux de la région. Il a fait des recherches pour prédire quelles espèces sont les plus susceptibles d'envahir les Grands Lacs si les navires sont autorisés à continuer à rejeter de l'eau de ballast contaminée; il a essayé de mettre un prix sur le coût annuel des espèces envahissantes pour les Grands Lacs (environ 200 millions de dollars); il a fait du travail pour prédire quelles espèces de poissons d'eau douce sont les plus susceptibles de disparaître à cause du changement climatique.

Chevaucher les mondes de la politique et de la science n'a jamais été un exercice confortable pour Lodge. Les messagers, après tout, ne sont pas seulement blâmés pour avoir livré de mauvaises nouvelles. Parfois, ils sont vilipendés. Mais Lodge a toujours pensé que le stress de défendre publiquement son travail dans les médias et auprès des décideurs politiques était le prix qu'il payait pour faire de la science qui comptait.

À l'été 2009, alors que la carpe asiatique avançait vers les Grands Lacs et que les responsables fédéraux cherchaient désespérément à trouver quelqu'un qui pourrait leur montrer exactement où se trouvait la « pointe » de l'invasion, ce prix était sur le point d'exploser.

Les compétences de Lodge en tant qu'écologiste et sa volonté de s'attaquer à des problèmes délicats ont fait de lui et de ses collègues un choix logique il y a quelques années lorsqu'un groupe de réflexion financé par la plupart des États des Grands Lacs a accordé à son laboratoire une subvention pour développer un test génétique pour identifier les espèces envahissantes faisant de l'auto-stop dans les lacs dans les ballasts des cargos d'outre-mer.

Les enquêteurs des forces de l'ordre utilisent l'analyse ADN depuis plus de deux décennies pour mettre les méchants derrière les barreaux. Ces empreintes génétiques peuvent être récoltées à partir de presque tout ce que le corps humain perd - des taches de peau, des cordons de salive, des gouttes de sperme, des éclats d'ongles.

A partir de ce matériau, les scientifiques peuvent isoler et identifier les molécules qui constituent l'ADN d'un individu, la fameuse double hélice. Chaque échelle de torsion minuscule est composée de milliards d'échelons construits à partir de quatre types de produits chimiques, appelés nucléotides. L'ADN est un outil médico-légal si puissant parce que l'ordre de ces milliards d'échelons, chacun composé de deux nucléotides imbriqués, est unique pour chaque individu. Les scientifiques se concentrent sur des séquences relativement courtes de nucléotides sur un morceau d'ADN humain pour voir si le matériel génétique récolté sur une scène de crime correspond à l'ADN prélevé sur un suspect.

Mais ce processus d'empreinte génétique fonctionne également au niveau de l'espèce ; toutes les carpes argentées, par exemple, partagent une séquence identique de nucléotides à divers endroits de leur ADN.

Ce n'était pas un grand pas pour l'équipe de Notre Dame de réaliser que son idée de déployer des tests ADN pour détecter les espèces dans les ballasts pourrait également fonctionner dans la chasse à l'aveugle du US Army Corps of Engineers pour trouver les poissons dans les flux troubles du Chicago Sanitary and Ship Canal. Ce genre d'analyse avait déjà été fait à plus petite échelle par un chercheur italien qui a utilisé l'ADN pour trouver des ouaouarons américains dans des étangs européens.

Cela fonctionne parce que les poissons et autres organismes aquatiques perdent constamment des cellules dans des éléments tels que le mucus, l'urine et les matières fécales. Ces cellules ont tendance à rester en suspension dans l'eau, ce qui signifie que chaque poisson laisse dans son sillage une trace génétique. Cette piste peut être tracée en filtrant tout l'ADN de toutes les différentes espèces qui ont laissé un morceau d'eux-mêmes dans un échantillon d'eau.

Une fois ce tas d'ADN isolé, les techniciens de laboratoire le placent dans un tube à essai et y ajoutent des marqueurs génétiques conçus avec précision - appelés amorces - qui sont conçus pour se fixer uniquement à l'ADN de l'espèce ciblée. Une concoction avec des nucléotides flottants est également ajoutée au mélange, puis l'échantillon est chauffé. La chaleur dénoue les hélices d'ADN de toutes les espèces filtrées de l'échantillon d'eau d'origine.

Si l'ADN de l'une des espèces ciblées est présent, les amorces se fixent sur chaque hélice séparée lorsque l'échantillon se refroidit. Cela déclenche une réaction semblable à une fermeture éclair dans laquelle une enzyme ajoutée à l'échantillon lie les nucléotides flottants à chaque brin d'ADN d'origine. Soudain, un morceau d'ADN a été transformé en deux. Le processus est répété des dizaines de fois afin que même un seul morceau d'ADN puisse être reproduit au-delà d'un milliard, au point que l'ADN cible peut en fait être vu comme une lueur sous une lumière ultraviolette lorsqu'un autre produit chimique est ajouté.

Un morceau d'ADN ne suffirait pas pour identifier une espèce dans un échantillon, pas plus que 100 000. Mais une fois que vous obtenez un milliard ou au-delà, une lueur visible émerge.

Désormais, vos yeux peuvent voir les poissons comme personne ne le pourrait jamais.

Tout a fonctionné à merveille dans le laboratoire de Notre Dame, mais l'équipe de Lodge savait qu'il y avait une grande différence entre isoler l'ADN flottant dans les aquariums et le filtrer d'une rivière à écoulement libre. Au début de 2009, le personnel de Lodge était prêt à essayer.

Lors d'une réunion en janvier au centre-ville de Chicago entre des chercheurs guidant l'opération de la barrière à poissons électrique de l'Army Corps, située sur le canal de Chicago à environ 35 miles en aval du lac Michigan, l'un des assistants de Lodge a attiré un biologiste de l'Army Corps dans un coin tranquille. Il lui a dit qu'il croyait qu'ils avaient résolu le problème du filtrage et de l'identification de l'ADN de la carpe asiatique en eau libre. Et il a pensé qu'il pourrait être appliqué sur le canal de Chicago. Elle a présenté l'idée à ses patrons et a obtenu le feu vert.

Andy Mahon, écologiste et expert en génétique à la Central Michigan University qui travaillait dans le laboratoire de Lodge à l'époque, se souvient de la misérable matinée du printemps 2009 où lui et un collègue ont fait tourner leur nouvel outil sur la rivière Illinois boueuse et gonflée par le printemps. Ils ont pensé que si l'ADN n'apparaissait pas dans un endroit connu pour être rempli de carpes asiatiques, il était inutile d'essayer de le détecter là où il pourrait n'y avoir qu'une poignée de poissons.

Les deux ont passé la matinée à se geler les mains en remplissant des bouteilles en plastique de 2 litres, mais l'excitation qu'ils avaient ressentie quelques semaines plus tôt dans le laboratoire s'est dissipée avec la rivière couleur caramel. Comment pourraient-ils trouver, dans toute cette eau, de simples molécules de poisson ? Mahon est retourné à South Bend avec son esprit aussi glacé que les os de ses doigts.

"Aucun de nous n'avait pensé que ce processus, pour nous, allait fonctionner", a déclaré Mahon.

Mahon était seul dans son laboratoire pour tester les échantillons quelques jours plus tard lorsqu'il a vu la lueur révélatrice. Il se précipita dans le couloir à la recherche de Lodge et des autres.

"Choqué", c'est ainsi qu'il a décrit leur réaction collective.

L'équipe a décidé de déplacer lentement les tests en amont de la rivière, vers des zones où le nombre de carpes était connu pour être plus faible.

"Nous avions développé l'outil et l'avons testé du mieux que nous pouvions - en laboratoire et sur le terrain de manière préliminaire", a déclaré Lodge. "Mais pour renforcer notre propre confiance et renforcer la confiance de n'importe qui d'autre, nous voulions commencer par des endroits où tout le monde était d'accord pour dire qu'il y avait du poisson. La stratégie générale était donc de commencer par le sud et de progresser vers le nord (vers la barrière), car l'idée était d'identifier où se trouvait le bord d'attaque du front d'invasion. "

Lorsque le major-général John Peabody, le chef de la région des Grands Lacs du corps d'armée à l'époque, a appris ce qu'ils faisaient, il a demandé une rencontre en face à face avec les scientifiques de Notre Dame.

À l'été 2009, Peabody et son équipe se sont présentés au Rosie's Family Restaurant juste en bas de la route de la barrière électrique à poissons dans un coin granuleux de la banlieue sud-ouest de Chicago. Le général et l'état-major sont arrivés en tenue de combat - un pantalon camouflé rentré dans des bottes à lacets hauts - pour griller l'un des collègues de Lodge sur ce que l'équipe de Notre Dame essayait de faire.

Peabody s'est planté à la tête d'une table avec le scientifique de Notre Dame à ses côtés (Lodge avait une classe à enseigner), et l'état-major du général s'est éparpillé, certains debout, d'autres assis à la table.

Une carte a été dépliée. Des sachets de sucre étaient utilisés pour représenter des choses telles que des poissons, des barrières et des bateaux. C'était parfois un sommet maladroit entre des militaires qui exigeaient des réponses limpides, oui-non, et un scientifique qui gagne sa vie dans le flou à la limite de la connaissance humaine.

L'équipage de Lodge savait depuis le début qu'il pataugeait dans des eaux troubles. D'une part, la technique spécifique qu'il a développée pour chasser la carpe asiatique dans les rivières n'avait pas encore été publiée dans une revue scientifique, ce qui signifiait qu'elle n'avait pas été validée de manière indépendante par d'autres scientifiques.

De plus, l'analyse de l'ADN ne peut rien indiquer sur le nombre de poissons, leur emplacement précis (l'ADN dérive avec le courant), la durée exacte du séjour du matériel génétique dans la rivière ou même la manière dont il aurait pu y arriver. Mais Peabody était déterminé à savoir si le poisson pressait sa nouvelle barrière. En raison des soucis d'arcs électriques entre les barges, la barrière à l'époque ne fonctionnait qu'au quart de sa puissance nominale. Si le général pouvait démontrer que le poisson était arrivé, cela pourrait justifier d'augmenter la tension. Peabody en a entendu assez ce jour-là pour être convaincu que l'ADN était le meilleur outil dont il disposait pour trouver le poisson.

L'équipe de Notre Dame a continué vers le nord dans ses tests - et a continué à trouver des preuves du poisson.

En décembre 2012, le journaliste Dan Egan a examiné en profondeur les efforts visant à séparer les bassins des Grands Lacs et du Mississippi.

En septembre 2009, il a signalé l'ADN de la carpe asiatique à environ 10 milles plus en amont que le poisson n'avait jamais été vu. Si la preuve ADN était correcte, la carpe asiatique avait traversé la dernière écluse de navigation avant la barrière électrique.

Les écluses de navigation sont des ascenseurs hydrologiques qui permettent aux bateaux de contourner un barrage. Bien qu'une écluse ne soit pas conçue spécifiquement pour arrêter les poissons, c'est un obstacle délicat car un poisson doit accompagner un bateau dans le sas et sortir avec lui une fois que le bateau est levé et que les portes de l'écluse sont ouvertes. Pensez à un cafard utilisant un ascenseur pour migrer du sous-sol d'un immeuble vers un étage supérieur - beaucoup de choses doivent aller bien pour que cela se produise. Ensuite, un compagnon doit faire le voyage. Ensuite, ils doivent se trouver, ainsi qu'un endroit sûr et approprié pour pondre leurs œufs.

Le général n'aurait peut-être pas été satisfait des nouvelles informations selon lesquelles au moins un poisson avait apparemment franchi la dernière écluse avant la barrière électrique. Mais au moins ce nouvel outil semblait fonctionner exactement comme il l'avait espéré. Comme une paire de lunettes de vision nocturne, il avait illuminé un ennemi auparavant invisible, ce qui lui avait donné une chance de riposter.

Alors que les résultats positifs de l'ADN se glissaient en amont, Peabody a doublé la tension de la barrière à deux volts par pouce - toujours seulement la moitié de sa force conçue, mais une poussée qui aiderait à repousser les petites carpes asiatiques qui nécessitent une plus grande secousse que les plus gros poissons.

L'équipe de Notre Dame a poursuivi son échantillonnage. Lodge n'avait pas l'intention de s'arrêter avant d'arriver dans une zone de la rivière où tous les prélèvements n'ont montré aucune trace d'ADN. "Le but", a-t-il dit, "est d'aller là où nous avons obtenu tous les zéros, et bien sûr, tout le monde, y compris nous, espérait que tous les zéros se produiraient sous la barrière."

Ce que Lodge appelle maintenant « les difficultés » a commencé lorsque les échantillons ont commencé à montrer régulièrement des signes de carpe dans des endroits où le poisson était auparavant indétectable ; lorsqu'ils ont ouvert les yeux de tous sur l'imminence de la menace écologique qui pèse sur les Grands Lacs.

Le 18 novembre 2009, à 7h48, Lodge a envoyé un e-mail informant les responsables du corps de l'armée que des échantillons d'eau au-delà de la barrière étaient positifs pour la carpe asiatique. Ce n'était pas un mémo que Lodge voulait écrire, et il a dit qu'il avait eu un sentiment distinct quand il était temps d'appuyer sur le bouton d'envoi.

"Ça m'a rendu un peu malade."

Cette histoire s'inspire de recherches compilées depuis 2006. Elle a impliqué plus de 100 entretiens et est basée sur un examen de milliers de pages de documents, y compris des documents judiciaires, des rapports gouvernementaux, des documents de recherche scientifique et des documents d'archives.