Un drone spécial recueille de l’ADN environnemental sur les arbres

      -      English  -  Deutsch  -  Français   -  Italiano
Schéma : l’ADN est extrait des branches collectées, multiplié, séquencé etSchéma : l’ADN est extrait des branches collectées, multiplié, séquencé et les séquences trouvées sont comparées à des bases de données. Cela permet d’identifier les espèces. (Graphique : Stefano Mintchev / ETH Zurich)
Des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Institut fédéral de recherche WSL ont mis au point un engin volant capable d’atterrir sur les branches d’un arbre et d’y prélever des échantillons. Les scientifiques ont ainsi accès à une nouvelle dimension, réservée jusqu’à présent aux grimpeurs téméraires.

Pour la surveillance et l’inventaire de la biodiversité, les écologistes utilisent de plus en plus souvent les traces du patrimoine génétique que les êtres vivants laissent dans l’environnement, ce que l’on appelle l’ADN environnemental. Ces traces d’ADN permettent aux chercheurs de déterminer les espèces présentes dans une région donnée.

Il est facile de prélever des échantillons d’eau ou de sol. Mais d’autres habitats sont difficiles d’accès pour les chercheurs, comme la canopée de la forêt. Dans les zones mal explorées, de nombreuses espèces restent donc cachées.

Des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage WSL ainsi que de l’entreprise Spygen ont maintenant développé un drone spécial capable de collecter de manière autonome des échantillons sur les branches d’arbres.

Le drone collecte des matériaux

Le drone est équipé à cet effet de bandes adhésives. Si l’engin volant se pose sur une branche, le matériel de la branche y reste collé. Les chercheurs peuvent ensuite en extraire l’ADN en laboratoire, l’analyser et l’attribuer aux différents organismes en comparant les bases de données.

Mais toutes les branches ne sont pas identiques : elles ont des épaisseurs et des élasticités différentes. De plus, les branches rebondissent lorsque le drone se pose dessus. Programmer l’appareil de manière à ce qu’il puisse malgré tout s’approcher d’une branche de manière autonome et y rester stable pendant un certain temps afin d’y prélever des échantillons a constitué un défi de taille pour les roboticiens.

"Se poser sur des branches nécessite un pilotage complexe", explique Stefano Mintchev, professeur de robotique environnementale à l’ETH Zurich et au WSL. Selon lui, le drone ne sait pas au départ à quel point une branche est flexible. L’engin volant est donc équipé d’une cage de mesure de la force. Celle-ci permet au drone de mesurer ce facteur sur le lieu d’intervention et de l’intégrer dans la man½uvre de vol.

Préparer une mission dans la forêt tropicale au zoo de Zurich

Les chercheurs ont testé leur nouvel appareil volant sur sept espèces d’arbres. Dans les échantillons, ils ont trouvé l’ADN de 21 groupes d’organismes différents, appelés taxons, dont des oiseaux, des mammifères et des insectes. "C’est encourageant, car cela montre que la technique de collecte fonctionne", déclare Stefano Mintchev, co-auteur de l’étude qui vient d’être publiée dans la revue Science Robotics.

Les chercheurs souhaitent à présent améliorer leur drone et le préparer à une compétition dont le but est de recenser le plus grand nombre possible d’espèces différentes en 24 heures dans une zone de 100 hectares de forêt tropicale à Singapour.

Afin de vérifier l’efficacité du drone dans des conditions similaires à celles qui prévaudront lors du concours, Mintchev et ses collaborateurs travaillent actuellement dans la forêt tropicale Masoala du zoo de Zurich. "L’avantage est que l’on sait quelles espèces sont présentes. Cela nous permet de mieux évaluer dans quelle mesure nous collectons des traces d’ADN environnemental de manière complète avec cette technique ou si nous manquons quelque chose", souligne Mintchev.

Mais pour cela, l’appareil de collecte doit devenir encore plus efficace et rapide : Lors des tests effectués pour cette étude, le drone a collecté des matériaux provenant de sept arbres en trois jours ; à Singapour, il devra être capable de voler et de collecter des échantillons sur dix fois plus d’arbres en seulement 24 heures.

La collecte d’échantillons dans une forêt tropicale naturelle représente toutefois un défi plus important pour les chercheurs. Les pluies fréquentes lavent l’ADN environnemental des surfaces. Le vent et les nuages compliquent en outre le maniement du drone. "Nous sommes donc très impatients de voir si notre méthode de collecte fera ses preuves dans les conditions extrêmes des tropiques".