Combiner intelligence artificielle et ADN environnemental pour prédire les changements d'aire de répartition des poissons marins face changement global – SHIFTeDNA

Le réchauffement atmosphérique et océanique s'accélère aujourd'hui à un rythme sans précédent avec des conséquences sur la biodiversité et en particulier le déplacement de l’aire de distribution géographique de certaines espèces. Les poissons, ectothermes marins, sont particulièrement sensibles à ces modifications de températures. Leurs décalages de distribution induisent des modifications dans les assemblages d’espèces et des réorganisations fonctionnelles, qui vont finalement affecter les services écosystémiques, et donc le bien-être de l’homme. Les régions polaires (Arctique et Antarctique) sont le siège des changements les plus marqués, avec l’arrivée de nouvelles espèces des latitudes plus basses ou la disparition locale d’espèces pour lesquelles les conditions froides ne sont plus garanties. Les basses latitudes (tropiques) sont également menacées par des extinctions locales difficiles à observer et à prouver dans l’océan. Ces difficultés à observer la biodiversité des poissons dans les océans entraînent d'importantes lacunes dans les connaissances, tant dans les bases de données d’occurrences d’espèces que dans les modèles de distribution de ces espèces. De nouvelles approches sont donc indispensables pour mieux quantifier et anticiper les déplacements des espèces et la composition future des assemblages. Le projet SHIFTeDNA a pour objectif i) de modéliser les distributions des espèces de poissons marins, même les plus rares, à partir des données disponibles d'occurrences OBIS, en réponse au climat, à l'habitat et aux pressions humaines, et de prédire les déplacements futurs des aires de distribution des espèces selon plusieurs scénarios; ii) d’évaluer les prédictions de décalage des distributions à l'aide d'une base de données globale, indépendante et récente d’occurrences issue de l'ADN environnemental (ADNe) échantillonnée des tropiques aux pôles afin de détecter les arrivées précoces d'espèces dans les régions froides (colonisation) ou les disparitions locales dans les régions chaudes ; iii) de re-modéliser les prédictions des déplacements d'aires de distribution des espèces de poissons marins jusqu'à la fin du 21e siècle, en tenant compte des nouvelles occurrences obtenues avec l’ADNe ; iv) d’étudier l’influence des caractéristiques des espèces (mobiles ou non, type d'accouplement, niveau trophique et autres), de l'état de conservation (statut UICN, vulnérabilité à la pêche) et de la phylogénie sur le déplacement de l'aire de distribution des espèces pour mieux comprendre les processus sous-jacents.

Pour répondre à ces objectifs, nous allons exploiter les données mondiales publiques des occurrences de poissons marins via OBIS, et la plus vaste base d’occurrences issue de l’ADNe qui fut accumulée par notre consortium franco-suisse impliquant les partenaires du projet (MARBEC-ETH-CEFE) au cours des quatre dernières années dans tous les océans. Pour améliorer l’analyse des données ADNe, nous allons également compléter la base de référence génétique avec plus de 2 000 échantillons de poissons issus d’aquarium et de musée. Cette nouvelle base de référence pour le métabarcoding sera utilisée pour produire les données d’occurrences les plus complètes à ce jour. Ces données seront utilisées pour tester les prédictions de déplacement de distributions des espèces vers les pôles, et les extinctions dans les tropiques, et produire de nouveaux modèles prédictifs. Ces résultats seront possibles grâce à une forte intégration des dernières avancées en intelligence artificielle à la fois sur les pipelines bioinformatiques et les modèles de distribution d’espèces. Nous pourrons ensuite caractériser les facteurs qui influencent les déplacements des espèces afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents. Le succès du projet repose sur un consortium de 4 partenaires franco-suisse très complémentaires dans leurs compétences (génomique environnemental, bio-informatique, modélisation, écologie marine, génomique moléculaire).