Barcoding life

Le code-barres de la vie

La ville de Churchill, au Manitoba, est l'épicentre d'un projet visant à répertorier toutes les espèces sur Terre
11 août 2010
Une chenille du papillon de nuit Gynaephora
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Une chenille du papillon de nuit Gynaephora groenlandica, ou verre de glacier, parcourt une couche de glace recouvrant une fleur, Dryas integrifolia, ou dryade à feuilles entières, que l'on peut observer à Churchill, au Manitoba.
Paul Hebert, Université de Guelph

Un jour d’été de 2006, à Churchill, au Manitoba, le biologiste Paul Hebert a eu la surprise de sa vie : son collègue avait repéré un papillon de nuit originaire du Mexique voletant au-dessus de la toundra aux abords de la baie Hudson. L’Ascalapha odorata, un immense papillon de nuit d’une envergure de 20 centimètres, n’avait jamais été observé dans une région aussi nordique.

« Je pensais qu’un collègue mexicain, pour me donner un grand frisson, avait monté un canular en apportant le papillon jusque dans la toundra », raconte Paul Hebert, détenteur d’une chaire de recherche du Canada en biodiversité moléculaire à l’Université de Guelph.

Ce papillon de nuit migrateur, qui se reproduit au Mexique, s’était en fait dirigé de lui-même vers les régions arctiques. Il ne s’agit d’ailleurs que d’un exemple parmi des centaines d’espèces repérées par le biologiste, son équipe de Guelph et ses collègues du monde entier dans le cadre d’un ambitieux projet de codification génétique, lancé à Churchill en 2006.

L’équipe de Paul Hebert a commencé par prélever une petite séquence standard de l’ADN du génome du papillon. Elle a ensuite procédé au séquençage de l’échantillon, l’a répertorié comme appartenant à l’espèce Ascalapha odorata et a inscrit sa signature ADN ainsi que le lieu d’observation du spécimen dans le système de codage à barres du vivant, une plateforme informatique permettant d’archiver les codes-barres. Les chercheurs espèrent que cette base de données contiendra un jour la séquence d’ADN – ou « code-barres » – de chaque espèce présente sur Terre.

« Nous explorons la structure génétique de la planète, explique Paul Hebert, qui a inventé le système de codage à barres de l’ADN et qui dirige le Biodiversity Institute of Ontario. Il s’agit du plus grandiose des projets liés au génome. »

La Castilleja raupii, mieux connue sous le nom de
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La Castilleja raupii, mieux connue sous le nom de castilléjie, est l'une des nombreuses espèces qu'on trouve à Churchill, au Manitoba. Un échantillon d'ADN de cette plante a été utilisé pour le projet de code-barres du vivant.
Paul Hebert, Université de Guelph

À ce jour, les biologistes et les taxonomistes ont répertorié 1,7 million d’espèces au moyen de méthodes traditionnelles : capture et naturalisation de spécimens, dessin, photographie, description. Paul Hebert et ses collègues pensent cependant que cela ne représente qu’une infime partie de la vie sur Terre.

« Les membres de ma profession estiment qu’au moins 90 % des espèces de la planète n’ont jamais été codifiées, note le biologiste. Il s’agit donc d’accélérer les découvertes. »

Le Projet international de code-barres du vivant (International Barcode of Life Project), dont la première phase sera enclenchée à la Tour CN de Toronto le 25 septembre prochain, réunira des chercheurs de 25 pays dans le cadre d’un effort à long terme d’identification des espèces. Les codes-barres d’ADN seront archivés dans une bibliothèque numérique à l’Université de Guelph.

Dans un premier temps, Paul Hebert et son équipe avaient codifié les organismes multicellulaires de Churchill. Cette ville, réputée pour être la capitale mondiale de l’ours polaire, avait été choisie pour son écosystème relativement simple qui, selon les estimations d’alors, aurait recelé quelque 6 000 espèces. La situation de l’Arctique, région clé du Canada qui, la première, a été touchée par les changements climatiques, avait également motivé ce choix.

Les chercheurs avaient fixé un objectif qu’ils considéraient comme raisonnable : recueillir 6 000 échantillons de mammifères, invertébrés, plantes et lichens, tout en améliorant leurs systèmes d’extraction d’ADN génomique et d’identification numérique. Mais depuis le lancement du projet, il y a quatre ans, l’équipe de Paul Hebert a découvert plus de 200 espèces de papillons jamais observées auparavant à Churchill (dont l’Ascalapha odorata) ainsi qu’une quantité phénoménale d’espèces de guêpes parasites et quelques mouches. Paul Hebert estime désormais que Churchill pourrait abriter plus de 15 000 organismes multicellulaires. Il cherche actuellement le financement nécessaire pour établir un réseau de biosurveillance de la région arctique qui compterait plusieurs postes. « Churchill sera le principal lieu de notre quête, qui n’est rien de moins que l’enregistrement de tout le vivant. »

Un Colias gigantea, délicat papillon géant,
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Un Colias gigantea, délicat papillon géant, perché sur un sainfoin de Mackenzie (Hedysarum mackensii). Ces deux espèces ont été observées à Churchill, au Manitoba et utilisées pour le projet.
Paul Hebert, Université de Guelph

Le système de codage à barres de l’ADN créé par le biologiste Paul Hebert permet aux chercheurs d’identifier facilement de nouvelles espèces : ils peuvent désormais différencier celles qui se ressemblent sans être absolument identiques. Ils pourront sûrement identifier un jour les espèces simplement en numérisant de petites structures d’ADN – les codes-barres – pour les comparer aux échantillons répertoriés dans la bibliothèque numérique.

Ce système d’identification numérique enregistrera bien sûr les noms des différentes espèces et les lieux où elles ont été trouvées, mais aussi leur répartition géographique, l’habitat des individus juvéniles et adultes ainsi que tout autre renseignement recueilli sur leur mode de vie. Il sera crucial de répertorier toutes les formes de vie de la planète, affirme Paul Hebert. De cette manière, on pourra préserver les espèces les plus génétiquement diverses, par exemple en désignant des réserves naturelles.

« À l’orée d’une extinction massive, note-t-il, il est essentiel de connaître l’habitat des différentes espèces, leur nombre et les rapports qu’elles entretiennent entre elles. »

Des biologistes essaient en outre de codifier tous les organismes multicellulaires qui vivent dans une région plus chaude du monde : Moorea, une île de la Polynésie française.

Après le lancement officiel du projet par tous les partenaires en septembre prochain, le Canada accueillera le secrétariat du projet ainsi que ses plus grandes installations de séquençage et sa plateforme informatique centralisée. L’Université de Guelph répertoriera ainsi un million de spécimens. Selon Paul Hebert, le Canada se trouve au cœur du projet et est à l’origine de 75 % de tous les codes-barres enregistrés à ce jour.

« Pour moi, note-t-il, ce projet est un rêve devenu réalité : j’ai la chance de travailler avec des spécialistes de la biodiversité du monde entier qui ont pour mission de répertorier le vivant. Nous sommes ravis de nous trouver au centre de cette entreprise et nous sommes fiers du rôle joué par le Canada. »