“Who did you eat before I ate you?”: a metagenomic analysis of gut contents of the Arctic lamprey (Lethenteron camtschaticum) during its feeding phase (Gulf of Ob, Kara Sea)

Dans les eaux froides et sombres de l'Arctique, un poisson sans mâchoire connu sous le nom de lamproie vit depuis des centaines de millions d'années, survivant en se fixant à d'autres poissons pour se nourrir de leur sang et de leur chair. Bien que ces créatures soient anciennes et bien connues, les scientifiques peinent depuis longtemps à comprendre exactement ce qu'elles mangent dans des régions spécifiques. Les méthodes traditionnelles consistant à examiner l'intérieur de l'estomac d'une lamproie échouent souvent car les tissus mous de leurs proies sont digérés si rapidement qu'aucune ossement ou écaille ne subsiste pour identifier le repas. Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont tournés vers une technique moderne appelée métagénomique par séquençage global (shotgun metagenomics). Au lieu de chercher des restes physiques, cette méthode lit le code génétique, ou l'ADN, présent dans le contenu intestinal. En séquençant chaque fragment de matériel génétique présent, les scientifiques peuvent identifier l'espèce de poisson qui a été consommée, même si le repas a été réduit à une pâte liquide. Comprendre ces régimes alimentaires est crucial pour gérer les populations de poissons et maintenir l'équilibre des réseaux trophiques marins, particulièrement dans l'environnement arctique qui change rapidement.

En août 2018, des chercheurs ont collecté deux lamproies arctiques dans le golfe d'Ob, un estuaire massif de la mer de Kara en Russie. Ces poissons ont été capturés dans le cadre d'un inventaire de recherche standard, et leur contenu intestinal a été soigneusement préservé pour analyse. Le matériau à l'intérieur n'était pas une collection de parties reconnaissables, mais une pâte rouge-brun semi-digérée, cohérente avec du sang et de la chair broyée. Pour découvrir l'identité du dernier repas des lamproies, l'équipe a extrait tout l'ADN de cette pâte et l'a séquencé à l'aide d'une méthode puissante qui lit des millions de fragments génétiques à la fois. Le défi était que l'intestin contenait un mélange d'ADN de la lamproie elle-même, de bactéries et des chercheurs ayant manipulé les échantillons, qui devaient tous être filtrés pour révéler le véritable signal alimentaire.

Après avoir éliminé le bruit génétique provenant des humains, des bactéries et de l'hôte lamproie, les données restantes ont révélé une image claire de ce que ces prédateurs avaient consommé. L'analyse a montré que la principale source de nourriture de la lamproie arctique dans cette région est le corégone, un grand groupe de poissons appartenant au genre Coregonus. Dans l'une des lamproies, l'ADN de corégone constituait près des deux tiers du matériel génétique de poisson identifiable, tandis que dans l'autre, il représentait plus des quatre cinquièmes. Cette découverte confirme que, dans le golfe d'Ob, ces lamproies agissent comme des prédateurs de gros poissons abondants plutôt que comme de simples parasites de petites espèces. L'étude a également détecté des traces d'autres poissons, notamment l'épinoche à neuf épines, l'omble chevalier et des membres de la famille des morues, bien que ceux-ci soient apparus en quantités beaucoup plus faibles.

Les chercheurs ont dû être prudents dans l'interprétation de ces résultats car les bases de données génétiques utilisées pour identifier les poissons n'étaient pas parfaites. Les données initiales contenaient des correspondances génétiques avec des espèces de poissons qui ne vivent pas dans l'Arctique, telles que des espèces tropicales trouvées en Amérique ou en Afrique. Celles-ci ont été identifiées comme des erreurs causées par les lacunes des bibliothèques de référence scientifiques, qui sont fortement biaisées en faveur des poissons économiquement importants et bien étudiés, et manquent de données suffisantes sur les espèces arctiques. Pour corriger cela, l'équipe a développé un système qui pondérait les découvertes génétiques en fonction de ce qui est connu des poissons vivant réellement dans le golfe d'Ob. Cette approche leur a permis d'écarter avec confiance les correspondances exotiques et impossibles pour se concentrer sur les espèces locales réellement présentes dans les intestins des lamproies.

Le régime alimentaire trouvé dans le golfe d'Ob contraste nettement avec ce qui a été observé dans d'autres parties du monde. Dans la mer de Béring, par exemple, des lamproies arctiques ont été observées se nourrissant principalement de petits poissons de banc comme le capelan et le hareng. Les lamproies de l'Arctique russe, cependant, ciblent clairement les grands corégones qui dominent leurs eaux locales. Cette différence souligne la flexibilité des habitudes alimentaires de la lamproie ; elles ne s'en tiennent pas à un seul type de proie mais s'adaptent à ce qui est disponible dans leur environnement spécifique, pourvu que ce soit un poisson gros et nutritif. L'étude a également noté que les deux individus examinés avaient des régimes légèrement différents, l'un ayant consommé un mélange de poissons plus varié tandis que l'autre s'était nourri presque exclusivement de corégons. Cela suggère que l'historique de l'alimentation individuelle et la disponibilité locale jouent un rôle important dans ce que chaque lamproie mange.

Bien que l'étude constitue le premier aperçu moléculaire du régime alimentaire des lamproies arctiques dans l'Arctique européen, les auteurs reconnaissent que leur échantillon est très petit, composé de seulement deux poissons provenant d'un seul lieu et d'un seul moment. Ils précisent qu'il s'agit d'un regard exploratoire sur l'écologie alimentaire de l'espèce plutôt que d'un recensement complet de son régime. La présence de certains ADN de poissons, comme celui de l'épinoche, pourrait également être le résultat d'une consommation secondaire, signifiant que la lamproie aurait pu manger un poisson qui avait récemment consommé une épinoche, plutôt que de manger l'épinoche directement. Malgré ces limites, la recherche démontre avec succès que la métagénomique par séquençage global est un outil puissant pour étudier le régime alimentaire des animaux là où les méthodes traditionnelles échouent. Elle souligne également l'urgence pour les scientifiques de construire des bibliothèques génétiques plus complètes et plus riches pour les espèces arctiques afin de garantir que les études futures puissent identifier les proies avec une précision encore plus grande.