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Larve de plécoptère (Photo: Silvana Käser, Eawag)

Un by-pass pour la biodiversité

11 octobre 2018 | Irene Bättig

Quand il pleut fort en montagne, les cours d'eau déversent de grandes quantités de matériaux charriés dans les barrages. Pour éviter que les retenues rétrécissent comme peau de chagrin et perdent peu à peu tout leur volume, certains barrages sont équipés de galeries de dérivation qui transfèrent le charriage dans la partie aval du cours d'eau. Plusieurs études, dont celle réalisée au <link fr news-agenda actualites detail news der-oekologische-nutzen-von-sediment-bypaessen>barrage de Solis dans les Grisons, montrent que ces « by-pass » n'ont pas seulement un intérêt économique mais qu'ils sont également bénéfiques sur le plan écologique. 

Avec une équipe japonaise, des scientifiques de l'Eawag ont maintenant étudié l'influence de ces galeries de dérivation sur les macroinvertébrés, auxquels appartiennent par exemple les larves d'insectes et les gammares. Pour déterminer les espèces, ils ont alors opté pour des analyses génétiques (DNA-metabarcoding), la méthode étant plus rapide et plus fine que la détermination à partir des caractères morphologiques.

Un effet positif sur la diversité spécifique

Les biologistes ont déterminé les larves d'insectes dans trois rivières équipées de barrages avec galeries de dérivation (la Reuss avec le barrage de Pfaffensprung, la Rabiusa avec le barrage d'Egschi et l'Albula avec le barrage de Solis) et ont comparé cette faune à celle de rivières sans barrages ou équipées de barrages sans galeries de dérivation. Au total, ils ont collecté près de 7000 larves d'insectes sur 16 sites et analysé 2,3 millions de séquences génétiques. Ils ont ainsi déterminé 131 espèces.

Les scientifiques ont ensuite comparé les espèces présentes en amont et en aval des barrages. Ils ont alors constaté que les galeries de dérivation avaient un effet positif sur la diversité spécifique des invertébrés : la composition en espèces en aval était d'autant plus proche de celle observée en amont que les galeries étaient anciennes ou fréquemment utilisées. En revanche, lorsqu'aucun sédiment n'était déversé dans le tronçon court-circuité, les communautés étaient très différentes de part et d'autre du barrage.

Une méthode efficace

Les analyses génétiques étaient en bonne concordance avec les études morphologiques menées en parallèle. Les biologistes ont ainsi démontré que le barcoding génétique était une méthode appropriée pour la détermination quantitative de la diversité spécifique.

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Ecological influence of sediment bypass tunnels on macroinvertebrates in dam-fragmented rivers by DNA metabarcoding

Sediment bypass tunnels (SBTs) are guiding structures used to reduce sediment accumulation in reservoirs during high flows by transporting sediments to downstream reaches during operation. Previous studies monitoring the ecological effects of SBT operations on downstream reaches suggest a positive influence of SBTs on riverbed sediment conditions and macroinvertebrate communities based on traditional morphology-based surveys. Morphology-based macroinvertebrate assessments are costly and time-consuming, and the large number of morphologically cryptic, small-sized and undescribed species usually results in coarse taxonomic identification. Here, we used DNA metabarcoding analysis to assess the influence of SBT operations on macroinvertebrates downstream of SBT outlets by estimating species diversity and pairwise community dissimilarity between upstream and downstream locations in dam-fragmented rivers with operational SBTs in comparison to dam-fragmented (i.e., no SBTs) and free-flowing rivers (i.e., no dam). We found that macroinvertebrate community dissimilarity decreases with increasing operation time and frequency of SBTs. These factors of SBT operation influence changes in riverbed features, e.g. sediment relations, that subsequently effect the recovery of downstream macroinvertebrate communities to their respective upstream communities. Macroinvertebrate abundance using morphologically-identified specimens was positively correlated to read abundance using metabarcoding. This supports and reinforces the use of quantitative estimates for diversity analysis with metabarcoding data.
Serrana, J. M.; Yaegashi, S.; Kondoh, S.; Li, B.; Robinson, C. T.; Watanabe, K. (2018) Ecological influence of sediment bypass tunnels on macroinvertebrates in dam-fragmented rivers by DNA metabarcoding, Scientific Reports, 8, 10185 (10 pp.), doi:10.1038/s41598-018-28624-2, Institutional Repository
Larve de plécoptère, familie Perlidae. Les branchies sous le thorax sont typiques de cette famille. (Photo : Silvana Käser, Eawag)

Larve de plécoptère, familie Perlidae. Les branchies sous le thorax sont typiques de cette famille.
(Photo : Silvana Käser, Eawag)

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