Un bébé requin bambou né par insémination artificielle. Crédit : Photo de Jay Harvey, Aquarium du Pacifique
C'est une période difficile d'être un requin. La pollution, la pêche industrialisée et le changement climatique menacent la vie marine, et les populations de nombreux grands prédateurs océaniques ont diminué ces dernières années.
En plus d'étudier les requins dans la nature, les scientifiques qui travaillent pour sauver les requins s'appuient sur ceux qui vivent dans les zoos et les aquariums afin qu'ils puissent aider à élaborer des programmes d'élevage et en savoir plus sur les conditions dont les requins ont besoin pour prospérer. Une façon importante pour les scientifiques de le faire est de jouer les entremetteurs avec les requins, en associant des individus de manière à augmenter la diversité génétique.
Dans une nouvelle étude en Rapports scientifiques, les scientifiques ont entrepris le plus grand effort jamais réalisé pour inséminer artificiellement des requins. Leur travail a abouti à 97 nouveaux bébés requins, dont certains dont les parents vivent de part et d'autre du pays et quelques-uns qui n'ont pas du tout de père.
«Notre objectif était de développer l'insémination artificielle en tant qu'outil qui pourrait être utilisé pour aider à soutenir et à maintenir des populations saines de requins reproducteurs dans les aquariums», explique Jen Wyffels, l'auteur principal de l'article qui a mené les recherches pour cet article avec le zoo du Sud-Est. Alliance for Reproduction & Conservation et est actuellement chercheur à l'Université du Delaware.
"Déplacer des animaux entiers d'un aquarium à un autre pour s'accoupler coûte cher et peut être stressant pour l'animal, mais maintenant nous pouvons simplement déplacer des gènes via le sperme", explique Kevin Feldheim, chercheur au Field Museum de Chicago et co-auteur de l'étude. étude qui a dirigé L'ADN analyse des requins nouveau-nés pour déterminer leur filiation.
Caisses d'œufs (alias "sacs à main de sirène") pondues par des requins en bambou et fécondées par insémination artificielle. Crédit : Photo de Jay Harvey, Aquarium du Pacifique
Déterminer la filiation des requins peut être délicat car la reproduction des requins n'est pas toujours simple. Chez certaines espèces, les requins femelles peuvent stocker du sperme pendant des mois après l'accouplement et l'utilisent pour la fécondation "à la demande", de sorte que le père d'un requin nouveau-né n'est pas nécessairement le mâle avec lequel la mère a été en contact le plus récemment. Certaines femelles requins sont même capables de se reproduire sans aucun mâle, un processus appelé parthénogenèse. Dans la parthénogenèse, les ovules de la femelle sont capables de se combiner les uns aux autres, créant un embryon qui ne contient que du matériel génétique de la mère.
Pour étudier la reproduction des requins, les chercheurs se sont concentrés sur les requins bambous à points blancs. "Quand les gens pensent aux requins, ils imaginent des grands requins blancs, des requins tigres et des requins taureaux - les grands, effrayants et charismatiques", explique Feldheim. "Les requins bambous à points blancs sont minuscules, d'environ trois pieds de long. Si vous allez dans un aquarium, ils se reposent généralement sur le fond. Mais alors que la douceur et la petite taille des requins bambous en font des candidats peu probables à la renommée hollywoodienne, ces qualités les rendent idéales pour que les chercheurs tentent de les inséminer artificiellement.
Avant de tenter l'insémination artificielle, les chercheurs doivent s'assurer que les mères potentielles ne portent pas déjà le sperme d'un rendez-vous précédent. «Les femelles candidates sont isolées des mâles et les œufs qu'elles pondent par la suite sont surveillés pour s'assurer qu'elles sont stériles», explique Wyffels. Les requins pondeurs pondent régulièrement des œufs selon un horaire régulier, tout comme les poulets, dit Wyffels, au point qu'ils sont surnommés «poulets de la mer». Pour déterminer si les œufs sont stériles, les scientifiques font briller une lumière sous-marine à travers les caisses à œufs coriaces et rectangulaires (appelées «sacs à main de sirène») pour voir s'il y a un embryon qui se tortille sur le jaune. S'il n'y a pas d'œufs fécondés pendant six semaines ou plus, le requin est prêt à être inséminé.
Un groupe de nouveau-nés de requins en bambou dans un tube. Crédit : Photo de Jay Harvey, Aquarium du Pacifique
Les scientifiques ont collecté et évalué 82 échantillons de sperme de 19 requins afin de faire la différence entre les bons et les mauvais échantillons. Certains des bons échantillons sont allés aux femelles voisines pour l'insémination, tandis que d'autres ont été conservés au froid et expédiés à travers le pays. Une fois que le sperme a atteint l'Aquarium des Smokies ou l'Aquarium du Pacifique de Ripley, où une femelle attendait, les chercheurs l'ont endormie et ont placé le sperme dans son appareil reproducteur - la procédure a pris moins de dix minutes. Au total, 20 femelles ont été inséminées dans le cadre de l'étude.
Les bébés requins ont éclos d'œufs fécondés après 4 mois d'incubation. «Les nouveau-nés ont à peu près la taille de votre main, et ils ont des motifs de taches distinctifs qui aident à les distinguer», explique Wyffels. Des échantillons de tissus ont été prélevés sur tous les bébés, ainsi que sur leurs parents, afin que Feldheim puisse analyser leur ADN au laboratoire Pritzker du Field Museum pour la systématique moléculaire et l'évolution.
Feldheim a développé une suite de marqueurs génétiques pour déterminer la filiation. «Nous avons séquencé l'ADN et trouvé des sections où le code se répète», explique Feldheim. «Ces bouts de code répétés servent de signatures, et quand nous les voyons chez les bébés, nous les associons aux papas potentiels.» L'équipe a constaté que le sperme fraîchement collecté était efficace pour fertiliser les œufs dans 27.6% des cas; le sperme qui avait été conservé au froid pendant 24 ou 48 heures avait des taux de réussite de 28.1% et 7.1%, respectivement. Dans l'analyse génétique de la progéniture, l'équipe a également trouvé deux cas de parthénogenèse, où la mère se reproduisait seule sans utiliser le sperme avec lequel elle avait été inséminée. «Ces cas de parthénogenèse étaient inattendus et aident à illustrer à quel point nous en savons peu sur les mécanismes de base de la reproduction sexuée et du développement embryonnaire chez les requins», explique Wyffels.
À partir de ces résultats préliminaires, les scientifiques espèrent aider les aquariums à se développer et à gérer leurs programmes d'élevage de requins. «Il y a eu d'autres rapports sur l'insémination artificielle des requins, mais ils incluent très peu de femelles. Dans cette étude, nous sommes dans les deux chiffres et par conséquent, nous pourrions étudier différentes méthodes pour préparer et conserver le sperme pour l'insémination », explique Wyffels. «Et un nouveau-né de parents de requins qui vivent à près de 3,000 XNUMX kilomètres de spermatozoïdes collectés des jours à l'avance, c'est définitivement une première.»
«L'un des objectifs de ce projet pilote était simplement de voir s'il fonctionnait», déclare Feldheim. «Maintenant, nous pouvons l'étendre à d'autres animaux qui ont réellement besoin d'aide pour se reproduire, des autres espèces dans les aquariums aux requins menacés dans la nature.»
Les chercheurs notent également que si de telles études contribuent à la conservation des requins à l'état sauvage, ce sera en grande partie grâce aux aquariums. «Nous ne saurions pas sur la parthénogenèse chez les requins sans les aquariums», dit Feldheim.
«Les aquariums vous permettent d'observer les mêmes animaux au fil du temps, et c'est très difficile à faire dans la nature», explique Wyffels. «Les aquariophiles ont des yeux sur leurs animaux tous les jours. Ils détectent de subtils changements de comportement liés à la reproduction et nous disent ce qu'ils voient. Une recherche comme celle-ci dépend de cette collaboration. Nous prenons déjà ce que nous avons appris de cette étude et l'appliquons à d'autres espèces, en particulier le requin tigre de sable, une espèce protégée qui ne se reproduit pas souvent dans les aquariums.
Référence : « Insémination artificielle et parthénogenèse chez le requin bambou à points blancs Chiloscyllium plagiosum” par Jennifer T. Wyffels, Lance M. Adams, Frank Bulman, Ari Fustukjian, Michael W. Hyatt, Kevin A. Feldheim & Linda M. Penfold 13 mai 2021, Rapports scientifiques.
DOI: 10.1038 / s41598-021-88568-y
Cette étude a été menée par des chercheurs de la South-East Zoo Alliance for Reproduction & Conservation en collaboration avec l'Aquarium du Pacifique, l'Aquarium Ripley des Smokies, l'Aquarium de Floride, l'Aquarium Adventure et le Field Museum.
