Innovative, naturally

Innovatrice, tout naturellement

Une des plus importantes stations expérimentales au Canada accueille des chercheurs de tous les coins du pays pour leur offrir un terreau de découvertes uniques
23 novembre 2011
Chandra Rodgers, étudiante à l
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Chandra Rodgers, étudiante à l'Université Western Ontario, recueillis des données sur le crapet arlequin en vue de les rapporter à la QUBS, l'une des plus importantes stations expérimentales au Canada.
Charlie Croskery

L'année passée, la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) lançait sa toute première Bourse de la relève en journalisme scientifique (BRJS). Cette bourse vise à encourager les jeunes journalistes et communicateurs scientifiques de talent au pays. Nous vous présentons l’une des propositions retenues, celle de Roslyn Dakin, candidate au doctorat à la faculté de biologie de l’Université Queen’s. Elle traite des réussites scientifiques de la station biologique de l’Université Queen’s, financée par la FCI.

Adrienne n’a même pas eu le temps d’écraser la guêpe posée sur son épaule qu’une libellule avait fondu sur l’insecte pour l’attraper. « Bienvenue dans la chaîne alimentaire », a lancé Scott Colborne, de la poupe du bateau. À la station biologique de l’Université Queen’s, les chercheurs étudiants de l’Université de Western Ontario prennent le chemin du lac Opinicon, deux fois par jour, pour surveiller les communautés de crapets arlequins peuplant son littoral. Scott veut utiliser sa thèse de doctorat dirigée par Bryan Neff pour prouver que les communautés de la voie navigable Rideau sont réparties en fonction de l’alimentation disponible – ce qui signifie que ce poisson, un familier des quais, est aux premiers stades d’une évolution vers une nouvelle espèce.

Si les longues journées de Scott dans l’eau sont concluantes, il ne s’agira pas du premier succès scientifique d’importance imputable à la station expérimentale – la QUBS, – une installation qui est passée d’un regroupement de cabanes construites le long du rivage à une des plus importantes stations expérimentales terrestres au pays. Au fil des ans, les chercheurs de la QUBS ont réalisé des découvertes surprenantes sur les espèces communes de l’Ontario et certaines d’entre elles ont même trouvé des issues tout à fait imprévues.

Ce ne sera pas non plus la première fois que le crapet arlequin volera la vedette. Dans les années 1970, Mart Gross faisait lui aussi partie des étudiants fréquentant la station QUBS chaque été; vêtu de sa combinaison de plongée libre, il s’intéressait au crapet arlequin pour sa thèse de doctorat. En raison de leur popularité dans la pêche de loisir, ces crapets étaient largement documentés en Amérique du Nord, mais Gross avait remarqué des choses que personne n’avait vues auparavant. « J’ai commencé à constater des modèles, se rappelle-t-il. C’était drôlement excitant. »

Chaque printemps, un crapet arlequin mâle construit un nid dans une colonie locale; à l’aide de sa queue, il balaie le fond du lac pour former une dépression, puis il attend. Si un banc de femelles passe et qu’il réussit à en attirer une dans son nid, elle descendra au fond du lac, inclinera son corps sur le côté et relâchera une salve d’œufs. Le mâle passera ensuite une semaine à garder sans relâche le site, surveillant sa ponte jusqu’à l’éclosion.

La QUBS organise des activités de
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La QUBS organise des activités de sensibilisation, y compris une journée portes ouvertes, pour que la collectivité découvre la recherche et la nature.
Charlie Croskery

À la station QUBS, Gross a remarqué que d’autres poissons plus petits se glissaient jusqu’aux nids lorsque les femelles frayaient avec les mâles résidents. C’étaient des crapets arlequins, mais loin d’avoir atteint leur maturité. Après en avoir pris quelques-uns, Gross s’est rendu compte qu’en dépit des apparences ces poissons plus petits étaient, en fait, des adultes – et étaient fertiles. Mais ils se reproduisaient bien différemment, se faufilant dans les nids des mâles plus gros et fertilisant quelques œufs à l’insu de ces derniers.

Gross a découvert que la vie d’un crapet arlequin peut prendre deux orientations différentes : les jeunes mâles peuvent se développer pour devenir de gros spécimens au comportement parental ou de petits spécimens au comportement trompeur, chacun d’eux ayant ses propres caractéristiques physiques et des réactions distinctes. L’intérêt de nombreux biologistes a alors été piqué au vif : comment deux types de mâles pouvaient-ils coexister chez une même espèce? Dans les années qui ont suivi, des exemples similaires de mâles parasites ont été signalés chez les reptiles, les oiseaux et les crustacés, de même que chez de nombreuses espèces de poissons économiquement importantes. Selon Trevor Pitcher, expert dans la reproduction et la génétique des poissons à l’Université de Windsor, Gross était bien en avance sur son époque. Ses recherches ont prouvé que chez les mâles, la taille ne fait pas toujours le poids – et qu’une stratégie de rechange n’est pas nécessairement une mauvaise chose.

Fort de son expérience à la QUBS, Gross s’est employé à appliquer les leçons tirées des crapets arlequins à la pêche commerciale canadienne. Chez le saumon du Pacifique, le mâle adopte également l’une ou l’autre de ces tactiques reproductives : il se développera en mâle plus gros, à la mâchoire crochue, ou en mâle précoce, plus petit, à l’image des crapets arlequins territoriaux et parasites. Maintenant professeur à l’Université de Toronto, Gross a démontré que la surpêche de saumons à mâchoire crochue peut entraîner un nombre disproportionné de saumons précoces – et vraisemblablement, nuire aux rendements futurs. Cette dynamique entre également en jeu dans les alevinières qui complètent les populations de saumon sauvage. Le choix qui s’impose naturellement aux gestionnaires d’alevinières serait de ne reproduire que les plus gros mâles, mais cela pourrait se révéler contre-productif. Les saumons précoces, comme les crapets arlequins parasites, tendent à arriver à maturité plus tôt et à se développer plus vite; en les excluant, les gestionnaires pourraient créer, sans le vouloir, une population de poissons à croissance lente.

C’est cet équilibre que Trevor Pitcher prend fréquemment en considération dans ses travaux sur le saumon Chinook, effectués en collaboration avec une société d’aquaculture organique de la Colombie-Britannique. « Il est important de conserver la diversité des tactiques de reproduction, estime-t-il. Les programmes d’amélioration génétique axés sur la conservation en tiennent compte. »

Les crapets ne sont pas les seules espèces étudiées à la QUBS à produire d’importantes retombées scientifiques. En 2001, Laurie Graham faisait du ski de fond dans le nord de Kingston quand elle a remarqué que la neige était tachetée de noir. Se penchant pour examiner la chose de plus près, elle s’est rendu compte que ce qui ressemblait à du poivre était en fait vivant… et sautillant. Les petits grains étaient des puces des neiges, des animaux microscopiques regroupant des insectes qui se développent aux températures les plus froides de l’hiver. Spécialiste de la chimie des organismes vivants, Graham s’est rendu au QUBS pour recueillir les centaines de puces nécessaires à son analyse chimique. Il y a eu des pépins en cours de route. « Nous n’avions pas réalisé que les puces des neiges étaient de véritables reines de l’évasion », dit-elle en riant. Cependant, sa persévérance a été récompensée – en 2005, ses travaux au laboratoire de l’Université Queen’s ont révélé que la biochimie des puces des neiges était tout à fait unique.

La QUBS organise des activités de
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La QUBS organise des activités de sensibilisation, y compris une journée portes ouvertes, pour que la collectivité découvre la recherche et la nature.
Charlie Croskery

Le sautillement constant des puces des neiges s’explique par la présence d’une protéine antigel exclusive, tellement efficace que la chercheuse la qualifie d’hyperactive. En collaboration avec Peter Davies au Queen’s, elle analyse le fonctionnement de l’antigel des puces des neiges. La protéine est bénéfique pour les organismes – les puces des neiges et les insectes apparentés font partie des animaux les plus nombreux sur la terre, avec même des espèces présentes dans l’Antarctique – et nous pourrions l’exploiter également à notre avantage. Les protéines antigel d’inspiration biologique disposent du potentiel permettant d’améliorer les greffes d’organes et les aliments congelés. Elles pourraient également contribuer au développement de cultures tolérantes au gel. « C’est ambitieux, dit Davies, mais si on en connaît suffisamment sur le fonctionnement des protéines et le processus de repliement, de même que sur la relation entre la structure et la fonction, il se pourrait qu’on puisse commencer réellement à concevoir des protéines pour une tâche spécifique. »

Une randonnée dans la forêt a mené Laurie Graham à une innovation scientifique, mais on ne peut parler d’heureux hasard lorsqu’on sait qu’elle garde toujours des contenants stériles à portée de main dans son auto. Quand elle compare sa vie au laboratoire et le temps qu’elle passe à l’extérieur, elle constate qu’il n’y a pas vraiment de coupure. Comme Peter Davies le dit si bien : « Laurie ne perd jamais contact avec l’organisme. »

On pourrait affirmer la même chose de Jayne Yack, une autre chercheuse de la station QUBS qui a découvert un monde caché dans une espèce commune en Ontario. Elle était en train de travailler chez elle, dans le silence précédant l’aube, lorsqu’elle a entendu des tic-tac inhabituels : « J’ai trouvé ça étrange, j’ai pensé que c’était le réfrigérateur. » Mais les sons ont continué; regardant du côté d’un contenant de larves de lépidoptères qu’elle élevait pour sa recherche sur l’ouïe des insectes, elle fut étonnée de constater que la source du bruit provenait des chenilles – et qu’elles étaient en interaction lorsqu’elles le produisaient.

À ce moment-là, pratiquement aucune recherche n’avait été effectuée sur les capacités acoustiques des chenilles des papillons faucilles; les travaux de la chercheuse sur les lépidoptères ont prouvé que ces insectes possèdent un répertoire surprenant de sons. Dans leurs abris soyeux, les chenilles tambourinent sur les feuilles et les grattent afin de défendre leur territoire. L’enregistrement de ces sons peu audibles nécessite l’utilisation d’un instrument spécial; selon Yack, un vibromètre au laser permet de comparer le langage de ces chenilles de 1 mm à celui des hippopotames.

Par la suite, Yack et ses étudiants de l’Université Carleton ont découvert plusieurs autres chenilles utilisant des sons en guise de signaux défensifs. Ces espèces sifflent, cliquettent, stridulent et éructent – et certaines ajoutent même un effet visuel en colorant certaines parties de leur corps. Beaucoup d’espèces capables de communication acoustique sont d’importants parasites agricoles. Yack croit que ses recherches pourraient éventuellement mener à une lutte antiparasitaire sans produits chimiques : « Tout ce que nous pouvons comprendre sur l’écologie sensorielle de ces insectes nous permettra de voir comment nous pouvons modifier ou contrôler leur comportement. »

Un crapet arlequin femelle s
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Un crapet arlequin femelle s'accouple avec un mâle en se tournant sur le côté.
Scott Colborne

En premier lieu, les chenilles qui émettent des sons répondent également à ceux de l’extérieur – des chercheurs en Allemagne ont démontré que le simple bourdonnement des abeilles pouvait énormément réduire les dommages infligés par les chenilles aux cultures en serre. Présentement, le groupe de la chercheuse à Carleton se penche sur un nouveau problème : les scolytes, un groupe comprenant le dendroctone du pin ponderosa et l’agrile du frêne. Yack cherche à découvrir si les scolytes émettent des sons pour localiser les arbres dont elles se nourrissent, information extrêmement prometteuse pour les gestionnaires forestiers. « À elle seule, cette expérimentation ouvre la voie à une infinité de recherches », fait-elle valoir.

Ces trois découvertes nous font voir que le hasard ne joue pas toujours un rôle de premier plan. Mart Gross prenait déjà des crapets arlequins sur les rives du lac Opinicon dans le cadre de son doctorat alors que Laurie Graham effectue la majorité de ses recherches, un sarrau de laboratoire sur le dos et non pas sur une paire de skis. D’une certaine façon, toutefois, leur histoire se ressemble : ce sont des gens qui ont ouvert une nouvelle perspective sur la faune canadienne et ont repoussé les frontières scientifiques par la même occasion, grâce à leur étroite relation avec la nature.

L’esprit régnant à la station QUBS pourrait bien avoir contribué à ces réussites. Selon Raleigh Robertson, directeur de l’établissement depuis plus de 30 ans, « les gens communiquent davantage à la station. L’échange d’idées se fait plus en profondeur. Cela donne le temps de mieux les assimiler et d’envisager les choses dans un contexte plus vaste. » Dan Mennill, professeur à l’Université Windsor, explique : « Il existe une ambiance qui baigne la QUBS depuis longtemps. Son directeur a injecté une bonne dose d’émulation pour l’histoire naturelle à bien des gens. »

Comme beaucoup d’anciens élèves de la station, Mennill y a débuté comme étudiant et y est revenu poursuivre ses recherches sur les mésanges à tête noire – maintenant avec sa propre équipe de scientifiques en formation. Comme de plus en plus de chercheurs retournent sur les lieux, les publications scientifiques de la station ne cessent d’augmenter, leur nombre ayant doublé au cours des deux dernières décennies. Ce succès est également attribuable à la localisation de la QUBS sur l’axe de Frontenac, le lien géologique entre le Bouclier canadien et les Grands Lacs, qui offre un vaste éventail d’habitats à proximité. La récente expansion du centre principal d’exploitation, grâce au financement du Fonds d’innovation de la FCI, a également été bénéfique. « Avec le pavillon, nous avons vraiment accru le rôle de la station », indique Robertson.

La QUBS va au-delà de la recherche – elle offre de nombreux cours universitaires, elle accueille des groupes d’élèves locaux et elle organise des ateliers destinés au grand public. John Smol, un des chefs de file du changement environnemental durable au pays et professeur à Queen’s, y amène ses étudiants chaque automne. Selon lui, « il nous serait très difficile de former des scientifiques si nous n’avions pas une station expérimentale. » Jayne Yack partage son opinion, car les expériences à l’extérieur sont cruciales : « C’est cette stimulation provenant de multiples sources qui rend la recherche si excitante », – une affirmation que ses chenilles ne renieraient sûrement pas.