Les moules à l'épreuve

Technologie scientifique

La forte brise compliquait les choses. Sur la terrasse arrière des Penn's Lynch Labs, les cinq étudiants du cours de biologie de terrain de Byron Sherwood géraient des pipettes, des éprouvettes graduées, de l'azote liquide, des pompes à eau, des attaches zippées et des dizaines de petits tubes d'échantillons, sans parler de six aquariums et d'un réservoir géant rempli de moules. De petites rafales menaçaient de renverser l'équipement, de faire sauter des filtres soigneusement pré-pesés ou d'introduire des débris dans leurs réservoirs. Mais une réflexion rapide, des réflexes agiles et quelques ajustements instantanés ont permis à leurs expériences de se dérouler sans heurts.

Leur objectif ? Évaluer la capacité des moules à nettoyer l'eau fraîchement collectée dans la rivière Schuylkill de Philadelphie tôt ce matin-là.

"Pour moi, certaines des expériences les plus marquantes de mon éducation sont venues d'un apprentissage pratique à l'extérieur", déclare Sherwood, chercheur principal au département de biologie de Penn. "C'était pour moi l'exigence numéro un lors de la conception de ce cours. Nous pouvons passer du temps en laboratoire pour apprendre des techniques, mais mon objectif était d'être le plus possible hors de la salle de classe."

Sherwood a atteint cet objectif avec des études sur le terrain en écologie microbienne aquatique, conduisant les étudiants à des voyages hebdomadaires vers divers sites de la ville pour observer et prélever des échantillons de ses eaux urbaines.

Écologiste microbien, Sherwood a déménagé dans la région de Philadelphie il y a deux ans avec sa famille, dont son épouse Katie Barott, professeure adjointe au département de biologie, après avoir terminé un poste postdoctoral à l'Université d'Hawaï à Manoa. Alors que ses recherches avaient consisté à étudier la contribution des microbes marins aux émissions de dioxyde de carbone, il s'est rendu compte que dans son nouvel environnement, il devrait recadrer sa perspective.

"Juste après notre arrivée, j'ai réalisé qu'il n'y avait pas d'océan", dit-il impassible.

Cependant, les voies navigables ne manquent pas, des rivières Schuylkill et Delaware aux plus petits affluents, comme les ruisseaux Wissahickon et Cobbs.

Lors des sorties en classe, Sherwood a attiré son attention et celle de ses élèves sur la vie dans ces eaux, les bactéries qui survivent au milieu des toxines industrielles, du ruissellement et des débordements d'égouts combinés qui martèlent et polluent les rivières lors de fortes pluies. orages.

"Je m'intéresse à ce qu'ils mangent, à ce qu'ils choisissent de ne pas manger, par qui ils tuent ou se font tuer, et comment toutes ces petites interactions s'intensifient", dit-il. "C'est de l'écologie à la plus petite échelle."

Sortir de la salle de classe et entrer sur le terrain a attiré Izzy Viney, senior de Carlsbad, en Californie, qui se spécialise en biologie cellulaire et moléculaire. "Lorsque nous avons fait ces excursions", dit-elle, "nous avons fini par avoir des discussions assez approfondies sur l'écologie et la microbiologie, simplement en nous promenant et en étant dans la nature. Le Dr Sherwood facilitait nos conversations et essayait vraiment de nous sonder pour réfléchir profondément. "

Lorsqu'il n'était pas sur le terrain, chaque étudiant a élaboré une proposition dans le modèle d'une demande de bourse de recherche pour les diplômés de la National Science Foundation, guidé par Sherwood.

Un projet aquatique opportun a permis à la recherche de la classe de prendre une orientation pratique. En janvier, le Commonwealth de Pennsylvanie a consacré 7,9 millions de dollars à la création d'une écloserie de moules au Bartram's Garden, dans le sud-ouest de Philadelphie. L'écloserie, qui devrait ouvrir ses portes en 2023 et est développée par le partenariat à but non lucratif pour l'estuaire du Delaware, pourrait donner naissance à un demi-million de moules d'eau douce chaque année.

"En lisant une partie de la couverture médiatique populaire à ce sujet", dit Sherwood, "la ligne que je voyais sans cesse est:" Les moules vont nettoyer l'eau ". " Mais il ne savait pas ce que cela signifiait sur le plan scientifique - en particulier, au niveau microbien, et quelles preuves existaient pour l'étayer.

Après avoir clarifié l'idée avec la scientifique principale du Partenariat, Danielle Kreeger, il a demandé à la classe d'interroger l'hypothèse comme base de leurs recherches scientifiques.

"J'ai posé la question : 'Imaginez que vous êtes le PDG du service des eaux de Philadelphie et qu'on vous dit que quelqu'un veut mettre des moules dans la rivière Schuylkill, ce qui pourrait potentiellement réduire le coût du nettoyage de l'eau potable pour la ville'", dit-il. "'Quelles sont les deux ou trois choses les plus fondamentales auxquelles vous voudriez qu'on réponde afin de déterminer si ce projet vaut votre investissement ?'"

Les étudiants ont formulé leurs hypothèses et conçu des expériences en conséquence. Ils ont posé des questions telles que, les moules réduisent-elles le nombre de bactéries et d'agents pathogènes humains dans l'eau et si oui, à quelle vitesse, et ont-elles une préférence pour la taille des particules qu'elles filtrent ?

Par un vendredi venteux et ensoleillé d'avril, ils se sont mis au travail.

Au cours de l'après-midi, il était clair que les moules, une espèce d'eau douce appelée flotteurs de gaspareau, avaient un effet : l'eau dans les réservoirs expérimentaux semblait clarifiée, comme si elle avait traversé un filtre Brita, par rapport aux réservoirs de contrôle plus troubles. Mais les travaux de suivi plus complexes, y compris l'analyse de l'ADN, le comptage des colonies bactériennes et l'utilisation de la cytométrie en flux pour quantifier la capacité de filtrage des moules, révéleront avec précision comment les bivalves modifient et interagissent avec leur environnement aquatique.

Bien que chaque élève soit responsable d'un projet individuel, la classe s'est également coordonnée pour s'assurer que chacun était en mesure d'accomplir ce dont il avait besoin.

"Ce fut une leçon importante sur le travail d'équipe", a déclaré JaHyun Yang, un étudiant en biologie de Fairfax, en Virginie.

Entre le montage de tubes de cathéter sur une pompe à eau, TC Sun, un étudiant en biologie de North Potomac, dans le Maryland, a rapporté que le cours sur le terrain constituait "l'un des meilleurs cours" qu'il ait suivi à Penn. "Je préfère être ici que dans une salle de conférence, et vous apprenez autant sinon plus."

Sherwood espère qu'une fois tous les résultats et analyses terminés, l'étude sera suffisamment solide pour être publiée. Et entre-temps, Kreeger l'a invité à rejoindre le conseil consultatif scientifique du Partnership for the Delaware Estuary's Mussels for Clean Water Initiative, où il a offert sa contribution dans la préparation de la mise en œuvre du projet de Bartram, en examinant des questions telles que les espèces ou le mélange d'espèces à introduire. Une écloserie de démonstration est déjà en place et fonctionne à Fairmount Water Works, mais le projet de Bartram est envisagé comme une installation de production qui pourrait avoir un impact réel sur la qualité de l'eau.

"Les questions que nous posons sont vraiment importantes", déclare Sherwood. "Il y a déjà beaucoup d'investissements publics dans ce projet, donc tout ce que nous pouvons apporter a de la valeur."

Pour les étudiants, l'expérience leur a donné un avant-goût de ce que signifie être un scientifique, dans toute sa splendeur désordonnée.

"L'ensemble de la structure de la classe m'a beaucoup appris sur le fonctionnement de la science dans le monde réel, où les choses peuvent être incertaines", explique Yang, qui envisage des carrières possibles dans l'art scientifique ou la conservation. "Certaines choses peuvent arriver à la dernière minute auxquelles vous ne vous attendiez pas", note-t-elle, comme lorsque le cytomètre en flux s'est cassé à mi-chemin du comptage de nos échantillons de bactéries. "Vous ne pouvez pas être trop attaché à ce que vous avez écrit dans la proposition."

Tourné vers l'avenir, avec une nomination supplémentaire en tant que chercheur principal au Water Center de Penn et avec le soutien du programme Penn en sciences humaines de l'environnement et d'une bourse Making a Difference in Diverse Communities de l'École des arts et des sciences, Sherwood aimerait faire comprendre à plus de gens la diversité et le dynamisme de la vie dans l'eau.

"La prochaine phase de cette 'expérience' de cours sur le terrain est de fournir aux étudiants de Penn l'opportunité de s'engager avec la communauté élargie de Philadelphie", a déclaré Sherwood. "Il y a une réelle opportunité ici de partager ces types d'expériences de plein air avec nos voisins de l'ouest de Philadelphie."

Photo de la page d'accueil : Le senior Ahsen Kayani vérifie les niveaux d'eau dans les réservoirs en vue de l'ajout de moules. Face aux éléments, comme le travail a été fait à l'extérieur, par Kaskey Park, les élèves ont dû faire preuve de souplesse pour mener à bien leurs expériences.