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Rendre les animaux confortables dans leur peau (marine)

Cet article a été initialement publié en mai 2019. Il a été republié ici à la suite d'un problème de serveur dans lequel le message d'origine a été accidentellement supprimé.

Nassar, J. M. et al. Système d'étiquetage autonome et non invasif léger et conforme à la «peau marine». NPJ Flex. Électron. 2, 13 (2018). https://doi.org/10.1038/s41528-018-0025-1

Le fait d'apposer furtivement un dispositif de repérage sur une cible et de suivre ensuite chacun de ses mouvements à son insu peut sembler une source de préoccupation éthique. Dans le contexte du marquage des animaux marins, cependant, cette pratique permet aux scientifiques d'étudier l'océan en obtenant des animaux marqués pour collecter des données sur leur environnement sous-marin. Un grand défi consiste à améliorer précisément les méthodes de marquage afin que les animaux n'aient aucune idée qu'ils sont surveillés.

Les chercheurs ont mis au point une «peau marine» étanche, flexible, extensible et compatible Bluetooth pour surveiller la vie marine. Source: SlashGear

Une mer de changement

Les animaux marins voient beaucoup de transformations dans leurs maisons en raison des actions plutôt insensibles de leurs voisins humains. Nous surpêchons, polluons l'océan et augmentons les températures mondiales – le tout sans trop réfléchir à la façon dont cela affecte la vie marine. Afin de réduire nos impacts sur le monde marin, nous devons développer de meilleures stratégies de gestion. Pour ce faire, nous devons d'abord comprendre exactement Comment nos activités ont un impact sur les animaux marins. À moins que vous ne soyez un murmure de dauphin, nous ne pouvons pas vraiment leur demander – alors comment pouvons-nous glaner ces informations?

Obtenir physique

Dans l'océan, trois variables physiques clés – la salinité, la température et la pression – nous donnent une fenêtre sur l'état du milieu sous-marin et de ses habitants.

Déterminer le Température donne une indication de l’habitabilité d’une zone sous-marine particulière. Les variations de la température des océans influencent les espèces de plantes et d'animaux marins qui sont présentes à un endroit donné et modifient leurs schémas de migration et de reproduction. Des températures plus chaudes peuvent prolonger la saison de croissance des bactéries, ce qui peut contaminer les fruits de mer que les humains mangent, ainsi que provoquer des épidémies dans les récifs coralliens. Les changements de température de la surface de la mer peuvent également avoir de profondes répercussions sur le climat mondial. Par exemple, des augmentations de température entraînent une plus grande quantité de vapeur d'eau au-dessus de l'océan, qui alimente les tempêtes. En suivant la température à la surface de la mer, nous pouvons prédire la formation de tempêtes, ainsi que les taux d’élévation du niveau de la mer.

Salinité fait référence à la concentration de sels dissous. La salinité de l'eau de mer est contrôlée par un équilibre entre les apports d'eau douce (des rivières, de la pluie et de la fonte des glaces) et les sorties d'eau douce (évaporation et formation de glace). Nous pouvons tirer parti de ce fait en utilisant des mesures de salinité pour surveiller les variations du cycle de l'eau, ou comment l'eau se déplace d'un endroit à l'autre – par exemple, la glace de mer se forme-t-elle ou fond-elle? Et l'évaporation ou les précipitations se produisent-elles dans certaines zones de l'océan?

La combinaison des mesures de salinité et de température nous permet de calculer la densité de l'eau de mer, qui contrôle la circulation océanique. L'eau de l'océan est toujours en mouvement, et ces courants agissent pour transporter la chaleur autour de l'océan – ce qui est important étant donné que les 3 mètres supérieurs (<10 pieds) de l'océan à eux seuls stockent plus de chaleur que l'atmosphère entière. Les changements de salinité et de température modifient les modèles de courants océaniques, qui à leur tour ont de grands effets sur la formation des ouragans, les sécheresses et les vagues de chaleur. Comprendre comment l'eau circule dans l'océan est essentiel pour prévoir les impacts du changement climatique.

Le troisième paramètre, pression, nous permet de déterminer la profondeur dans l'océan. Différentes espèces marines occupent généralement des zones de profondeur distinctes – par exemple, le thon réside principalement dans les 200 mètres supérieurs. Le suivi de la profondeur de différents animaux nous donne un aperçu de leur comportement, tels que les aires de plongée, les modes d'alimentation et la migration entre les aires de reproduction et les nurseries.

Tag… vous y êtes!

Dans le biotagging marin, les scientifiques capturent des animaux marins et les équipent de capteurs électroniques qui peuvent mesurer la salinité, la température et / ou la pression. Après avoir relâché les animaux, les scientifiques peuvent ensuite collecter des données sur ces paramètres au fur et à mesure que les animaux poursuivent leurs activités normales. Ces informations nous permettent de surveiller indirectement le milieu marin, ainsi que le comportement des animaux.

De toute évidence, il existe quelques mises en garde pour que cette technique fonctionne. Les étiquettes électroniques ne doivent pas affecter le comportement de l'animal qu'ils suivent. Cela signifie que l'inconfort doit être minimisé et que les mouvements naturels et sans restriction doivent être maintenus – en d'autres termes, les étiquettes doivent être fixées de manière non invasive et ne doivent pas peser plus de 2% du poids corporel de l'animal (imaginez essayer de vaquer à vos activités quotidiennes après avoir une étiquette). percé dans votre peau, ou avec un poids de 3 livres attaché à votre corps). Étant donné qu'il s'agit de collecter des données sous l'eau, les capteurs devraient pouvoir résister à l'eau salée et aux variations de pression et de température sans impact sur leurs mesures. Enfin, les balises doivent être commercialement viables – l'océan est un vaste endroit, et le fait de pouvoir se permettre de suivre seulement une poignée de tortues marines ne nous fournira guère de bonnes informations.

Il existe actuellement diverses étiquettes marines. Cependant, il reste encore beaucoup à faire, notamment le besoin de meilleures techniques de fixation, une liberté de mouvement améliorée et une durée de vie accrue des étiquettes.

Il existe un besoin de dispositifs d'étiquetage plus confortables et respectueux des animaux. Source: Marine Technology News

S'adapte comme une seconde peau

Une technologie nouvelle et améliorée – appelée «peau marine» – a récemment été développée par Joanna Nassar et ses collègues de l'Université des sciences et technologies du Roi Abdallah (Arabie saoudite) pour relever ces défis. L'étiquette est unique en ce qu'elle est flexible, extensible et ultra-légère.

Marine Skin se compose de réseaux minces de capteurs de température, de salinité et de pression en métaux peu coûteux mais robustes (cuivre, tungstène et aluminium) pris en sandwich entre un matériau à base de silicone. Il ne fait que 0,3 mm (0,01 ”) d'épaisseur, pèse moins de 2,4 g et est conforme à l'animal auquel il est attaché – pratique, car les animaux prennent rarement la forme de blocs plats. À un taux d'enregistrement de 2 secondes, sa batterie peut durer jusqu'à un an. Le coût du matériau et du traitement pour chaque patch carré de 5,5 cm n'est que de 12 $.

L'étiquette s'attache à un animal comme un autocollant de haute qualité. Pendant le déploiement, il collecte en continu des données, qui sont stockées sur une puce de mémoire interne (capacité de 256 Ko). Lorsque l'animal fait surface pour respirer, le tag transmet sans fil ses données acquises via Bluetooth à un smartphone. Pour les animaux immergés en continu, un dispositif contextuel peut être utilisé pour récupérer des données.

Fitbit for Crabs

Nassar et ses collègues ont effectué un essai routier de la peau marine dans la mer Rouge, en utilisant un crabe sans méfiance comme cobaye. Ils ont utilisé de la super-colle pour fixer l'étiquette sur la carapace du crabe, puis ont surveillé ses mouvements pendant 6 minutes. Les données ont révélé quand le crabe plongeait et refaisait surface, et à quelle profondeur il allait à chaque plongée – essentiellement, le suivi de l'activité physique du crabe.

Le Marine Skin a reçu un essai sur un crabe dans la mer Rouge. Source: Nassar et al. (2018)

Skins pour toutes les formes et tailles

Bien que le test du crabe ait démontré la promesse de la peau marine, des travaux restent à faire. D'une part, le crabe a plongé à moins d'un mètre (3 pieds) de profondeur. Pour suivre d'autres animaux, la balise doit pouvoir fonctionner sur des centaines, voire des milliers de mètres sous la mer, ce qui signifie faire face à d'immenses pressions. Deuxièmement, l'utilisation de superglue n'est pas idéale pour les animaux à la peau douce. Comme alternative, les chercheurs proposent d'utiliser un adhésif étanche pour «tatouer» l'étiquette aux mammifères. Cet adhésif a été testé sur la peau humaine (vraisemblablement, aucun humain n'a été blessé dans ce test) et a duré quatre jours. L'accent est désormais mis sur la création de patchs de peau marine pouvant fonctionner à de plus grandes profondeurs et sur d'autres créatures telles que les dauphins et les requins baleines.

Les techniques d’étiquetage standard consistent à utiliser des fusils de chasse ou des arbalètes pour insérer des étiquettes dans les tissus des animaux, ou à couper des outils et des boulons pour apposer des étiquettes sur les nageoires. D'autres balises sont si lourdes qu'elles gênent les mouvements des animaux, altérant les schémas naturels de nage et d'accouplement. La nouveauté de la balise Marine Skin est qu'elle est non invasive et légère, tout en restant suffisamment durable pour un fonctionnement prolongé dans un environnement sous-marin difficile. Les données collectées avec ce capteur portable nous permettront de surveiller le comportement des animaux lorsqu'ils naviguent dans un océan en mutation, ce qui nous permettra de mieux élaborer des politiques de conservation pour les zones naturelles marines. ■

Je suis docteur. candidat à l'Université de Boston où je développe un instrument sous-marin pour étudier l'océan côtier. J'ai une formation multidisciplinaire en physique et océanographie (et en ingénierie), et mes intérêts académiques résident dans l'utilisation de nouveaux capteurs et plateformes de déploiement pour étudier l'océan. En dehors de ma vie universitaire, j'aime rester actif à travers la boxe, la course et le vélo autour de Boston.

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