Des chercheurs ont créé une « machine à voyager dans le temps » à ADN pour analyser les changements environnementaux survenus dans un lac danois au cours du siècle dernier, révélant une perte importante de biodiversité due aux polluants et au changement climatique. Bien qu’il y ait eu un certain rétablissement écologique, la biodiversité originale du lac ne peut pas être entièrement restaurée.
L’analyse de l’IA montre que les niveaux de pollution, les événements météorologiques extrêmes et l’augmentation des températures détruisent la biodiversité des lacs d’eau douce.
IA et ADN : outils pour la conservation
Les scientifiques ont réalisé la première preuve de concept de leur ADN une « machine à voyager dans le temps » pour faire la lumière sur un siècle de changements environnementaux dans un lac d’eau douce, notamment le réchauffement des températures et la pollution, entraînant une perte potentiellement irréversible de la biodiversité.
Leur approche, qui utilise l’IA appliquée à la biodiversité basée sur l’ADN, aux variables climatiques et à la pollution, pourrait aider les régulateurs à protéger les niveaux de biodiversité existants de la planète, voire à les améliorer.
Méthodologie et résultats de recherche
Des chercheurs du Université de Birmingham, en collaboration avec l’Université Goethe de Francfort, a utilisé des sédiments du fond d’un lac au Danemark pour reconstruire une bibliothèque centenaire sur la biodiversité, la pollution chimique et les niveaux de changement climatique. Ce lac a un historique de changements bien documentés dans la qualité de l’eau, ce qui en fait une expérience naturelle parfaite pour tester la machine à remonter le temps de la biodiversité.
Bateaux d’échantillonnage au bord du lac. Crédit : Université de Birmingham
Publiant leurs conclusions le 7 novembre dans la revue eLife, les experts révèlent que les sédiments contiennent un enregistrement continu de signaux biologiques et environnementaux qui ont changé au fil du temps – depuis les environnements (semi) vierges du début de la révolution industrielle jusqu’à nos jours.
Une nouvelle approche de la préservation de l’environnement
L’équipe a utilisé l’ADN environnemental – le matériel génétique laissé par les plantes, les animaux et les bactéries – pour dresser un portrait de l’ensemble de la communauté d’eau douce. Assistés par l’IA, ils ont analysé les informations, en conjonction avec les données climatiques et de pollution, pour identifier ce qui pourrait expliquer la perte historique de espèces qui vivait dans le lac.
La chercheuse principale Luisa Orsini, professeur de biologie des systèmes évolutifs et d’omiques environnementales à l’Université de Birmingham et membre de l’Institut Alan Turing, a expliqué : « Nous avons prélevé une carotte de sédiments au fond du lac et utilisé les données biologiques contenues dans ces sédiments comme un temps. machine – remonter le temps pour dresser un tableau détaillé de la biodiversité au cours du siècle dernier avec une résolution annuelle. En analysant les données biologiques avec les données sur le changement climatique et les niveaux de pollution, nous pouvons identifier les facteurs ayant le plus grand impact sur la biodiversité.
Une figure montrant le travail de l’étude. Crédit : Niamh Eastwood et professeur Luisa Orsini
« Protéger toutes les espèces sans impact sur la production humaine est irréaliste, mais grâce à l’IA, nous pouvons donner la priorité à la conservation des espèces qui fournissent des services écosystémiques. Dans le même temps, nous pouvons identifier les principaux polluants, guidant ainsi la réglementation des composés chimiques ayant les effets les plus néfastes. Ces actions peuvent nous aider non seulement à préserver la biodiversité actuelle, mais potentiellement à améliorer le rétablissement de la biodiversité. La biodiversité soutient de nombreux services écosystémiques dont nous bénéficions tous. Protéger la biodiversité, c’est protéger ces services.
Défis et rétablissement de la biodiversité
Les chercheurs ont découvert que les polluants tels que les insecticides et les fongicides, ainsi que les augmentations de la température minimale (une augmentation de 1,2 à 1,5 degrés), causaient le plus de dommages aux niveaux de biodiversité.
Cependant, l’ADN présent dans les sédiments a également montré qu’au cours des 20 dernières années, le lac avait commencé à se rétablir. La qualité de l’eau s’est améliorée à mesure que l’utilisation des terres agricoles diminuait dans la zone entourant le lac. Pourtant, alors que la biodiversité globale a augmenté, les communautés n’étaient pas les mêmes que dans la phase (semi) vierge. Ceci est préoccupant car différentes espèces peuvent fournir différents services écosystémiques et, par conséquent, leur incapacité à retourner sur un site particulier peut empêcher le rétablissement de services spécifiques.
Recherche prospective
Niamh Eastwood, auteur principal et doctorant à l’Université de Birmingham, a déclaré : « La perte de biodiversité causée par cette pollution et le réchauffement de la température de l’eau est potentiellement irréversible. Les espèces disparues trouvées dans le lac il y a 100 ans ne pourront pas toutes revenir. Il n’est pas possible de restaurer le lac dans son état d’origine, même si le lac se rétablit. Cette recherche montre que si nous ne parvenons pas à protéger la biodiversité, une grande partie de celle-ci pourrait être perdue à jamais. »
Le Dr Jiarui Zhou, co-auteur principal et professeur adjoint de bioinformatique environnementale à l’Université de Birmingham, a déclaré : « En tirant les leçons du passé, nos modèles holistiques peuvent nous aider à prédire la perte probable de la biodiversité dans le cadre d’un « statu quo » et d’autres scénarios de pollution. Nous avons démontré la valeur des approches basées sur l’IA pour comprendre les facteurs historiques de la perte de biodiversité. À mesure que de nouvelles données deviennent disponibles, des modèles d’IA plus sophistiqués peuvent être utilisés pour améliorer encore nos prévisions sur les causes de la perte de biodiversité.
Les chercheurs étendent ensuite leur étude initiale sur un seul lac aux lacs d’Angleterre et du Pays de Galles. Cette nouvelle étude les aidera à comprendre dans quelle mesure les modèles observés sont reproductibles et, par conséquent, comment ils peuvent généraliser leurs conclusions sur la pollution et le changement climatique sur la biodiversité des lacs.
