Les atouts cachés des moules d'eau douce

CRÉDIT : GARY J. WEGE / USFWS

La mulette perlée de Higgins, qui était autrefois répandue dans les rivières du Midwest des États-Unis, est l'une des nombreuses espèces de moules d'eau douce menacées par la perte d'habitat, la pollution et les ennemis envahissants tels que les moules zébrées. Les scientifiques utilisent plusieurs stratégies pour ramener ces ingénieurs de l'écosystème en péril du bord du gouffre.

Les humbles bivalves peuvent nettoyer l'eau polluée et augmenter la diversité - mais dans les rivières endiguées et les bassins versants encrassés, de nombreuses espèces sont menacées d'extinction. Avec de l'aide, ils pourront peut-être se sauver.

Par Sharon Levy 06.21.2019

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Passant la majeure partie de leur vie enfouies dans les lits des cours d'eau, les moules d'eau douce peuvent être faciles à manquer. Vous pourriez patauger sur un lit dense sans vous en apercevoir. Un plongeur attentif peut voir des coquillages éparpillés et des paires de trous dans le fond de la rivière où les siphons des créatures percent les sédiments.

Pourtant, bien qu'elles soient à l'abri des regards, les moules d'eau douce façonnent les écosystèmes.

Ils acheminent la nourriture vers le bas, alimentant la vie dans le lit de la rivière et clarifiant l'eau pour d'autres espèces. Ils contribuent à atténuer la pollution par les nutriments, un problème répandu qui conduit à des zones mortes dans certaines eaux.

Et aujourd'hui, ils sont en difficulté, avec l'un des taux d'extinction et de mise en péril les plus élevés de la planète. Rien qu'en Amérique du Nord, 30 espèces de moules d'eau douce ont disparu au cours du siècle dernier, et 65 % de celles qui survivent sont considérées comme en voie de disparition, menacées ou vulnérables, principalement en raison des barrages à grande échelle sur les rivières.

Un blitz de construction de barrages des années 1920 aux années 1980 a détruit des milliers de kilomètres d'habitat et fragmenté bien plus. Adaptées aux eaux peu profondes et à écoulement libre, les moules ne peuvent pas survivre dans les conditions profondes, froides et pauvres en oxygène que les grands barrages créent sur des dizaines de kilomètres en aval, explique Wendell Haag, biologiste de recherche halieutique au Kentucky Department of Fish and Wildlife Resources' Center for Mollusk Conservation.

Certaines moules attirent les poissons dont les branchies accueilleront temporairement les larves de moules en présentant un volet charnu qui ressemble à un repas savoureux, par exemple un petit poisson ou une écrevisse. Lorsque le poisson mord, la moule libère un nuage de milliers de larves de moules, appelées glochidies, dont certaines vont élire domicile dans les branchies du poisson. Après être devenues juvéniles, les jeunes moules tombent et se déposent dans les sédiments.

CRÉDIT : CHRIS BARNHART / UNIVERSITÉ D'ÉTAT DU MISSOURI

Maintenant, un groupe de biologistes a un plan en deux volets pour retirer les moules du gouffre. Ils travaillent à la construction des relations publiques des moules en faisant connaître les services de nettoyage de l'eau qu'ils fournissent. Et ils visent à mettre les créatures au travail pour récupérer les eaux, en les élevant en grand nombre puis en les relâchant dans la nature.

Ce faisant, les scientifiques bouleversent la conservation traditionnelle : au lieu de protéger l'habitat pour sauver une créature menacée, l'objectif est d'utiliser les moules pour sauver elles-mêmes leurs habitats. "Les moules sont des biofiltres", explique Caryn Vaughn, écologiste à l'Université de l'Oklahoma, coauteur d'un article sur les rôles écologiques des créatures dans l'Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics de 2018. "Et si nous pouvons convaincre les gens que c'est important, alors je pense que c'est un outil pour les sauver."

Dans les cours d'eau sains, les moules vivent dans de grands gisements pouvant contenir des milliers d'individus de plusieurs espèces, chaque adulte étant aussi gros qu'une balle de baseball ou plus. Ils ont une longue durée de vie - certaines espèces ont une durée de vie de plus de 100 ans. Ils mènent une vie reproductive flamboyante qui a probablement commencé il y a plus de 100 millions d'années, lorsqu'un ancêtre des moules d'aujourd'hui a développé une stratégie consistant à faire faire de l'auto-stop à ses larves sur des poissons.

Chaque femelle produit des millions de ces larves, appelées glochidies, et de nombreuses espèces de moules fabriquent des leurres élaborés qui ressemblent aux proies de leurs poissons hôtes spécifiques. Une fois à bord d'un poisson, les glochidies forment des kystes sur les branchies ou les nageoires de la créature jusqu'à ce qu'elles se transforment en juvéniles, tombent et se déposent au fond du cours d'eau. Peut-être que deux sur un million vivront jusqu'à l'âge de procréer.

La moule réniforme de Ouachita emballe ses larves, appelées glochidies, dans une membrane qui ressemble à un petit poisson. Lorsqu'un vrai poisson l'attrape, la membrane éclate, libérant les glochidies, qui vivront dans les branchies du poisson pendant un certain temps.

CRÉDIT : CHRIS BARNHART / UNIVERSITÉ D'ÉTAT DU MISSOURI

Cette interaction complexe avec les poissons hôtes a aidé les moules à prospérer et à se propager. "Les poissons peuvent nager en amont, contrairement aux moules", note Chris Barnhart, biologiste à l'Université d'État du Missouri, qui travaille sur la propagation des moules à des fins de recherche et de restauration. En chevauchant des poissons, les moules peuvent coloniser les habitats en amont - une innovation si puissante que tous les membres vivants de la famille des moules d'eau douce, les Unionidae, descendent de l'ancêtre disparu depuis longtemps qui a adopté la tactique.

Mais la prolifération des barrages a bloqué les mouvements des poissons, coupant de nombreuses populations de moules de leurs hôtes et mettant fin à leur capacité à se reproduire. D'autres populations se sont asséchées lorsque les détournements d'eau ont réduit le débit de leurs cours d'eau, ou ont été victimes de la pollution de l'eau par les rejets des stations d'épuration, les déversements industriels et les ruissellements riches en nutriments des fermes et des villes. Les espèces envahissantes en menacent encore d'autres (les moules zébrées et quagga non indigènes supplantent les moules indigènes, par exemple, et les moules zébrées collent aux moules indigènes en grand nombre). Alors même que les défenseurs de l'environnement se concentrent sur le sauvetage des espèces menacées ou en voie de disparition, le déclin général du nombre de moules se poursuit, contribuant à son tour à la dégradation des habitats d'eau douce aux États-Unis et dans le monde.

L'activité humaine frappe durement les moules : sur les 270 espèces de moules d'eau douce d'Amérique du Nord (graphique du haut), 30 ont disparu au cours des 100 dernières années, 95 ont été répertoriées comme en voie de disparition ou menacées, et une grande partie des espèces restantes sont considérées comme vulnérables (graphique circulaire du milieu). Un bon exemple est la rivière Kiamichi (graphique du bas), où plusieurs années de sécheresse combinées à la construction de barrages sur la rivière ont fait monter la température de l'eau, tuant de nombreuses moules. (Une barre pour le déclin de la densité de moules n'est pas affichée pour le site 10 parce que le changement était trop léger pour l'échelle du graphique.)

Lorsque Vaughn a commencé à étudier une rivière américaine - la Kiamichi - au début des années 1990, elle a été témoin de première main d'un déclin précipité. La rivière, qui prend sa source dans les hautes terres du sud-est de l'Oklahoma, abritait une abondance de moules d'eau douce appartenant à 31 espèces différentes. Son étude à long terme a documenté une baisse drastique : 60 % de la population de moules a disparu au cours des 20 dernières années.

Des pertes importantes ont commencé lors d'une grave sécheresse qui a commencé en 1998 et ne s'est atténuée qu'en 2005. "La sécheresse est courante dans cette région, elle est cyclique et dure depuis aussi longtemps que les gens tiennent des registres", explique Vaughn. Mais les moules ont dû faire face à quelque chose de nouveau : la gestion de l'eau à un barrage, construit en 1982, qui retient le débit d'un important affluent de Kiamichi. Plus les conditions étaient sèches, plus l'eau était retenue pour l'usage humain, élevant la température de l'eau restante et tuant de nombreuses moules.

Travail de terrain sur les moules à la rivière Kiamichi dans l'Oklahoma. Les moules jouent un rôle important dans le cycle des nutriments, en éliminant la matière organique de l'eau, en y excrétant les nutriments dissous et en déposant ces nutriments dans les sédiments. Dans le Kiamichi, les moules peuvent traiter tout le volume d'eau sus-jacent pendant l'été.

CRÉDIT : CARYN VAUGHN

Mais Vaughn a également été témoin de quelque chose d'espoir. Comme elle et ses collègues l'ont rapporté dans la revue Ambio, alors que les Kiamichi ont perdu un nombre important d'espèces pendant la sécheresse et que l'abondance globale a également chuté, les populations de la petite rivière voisine sont restées stables. La clé était une différence de gestion. Au barrage de la Petite Rivière, les débits d'eau les plus importants ont eu lieu à la fin de l'été et à l'automne, la période la plus sèche de l'année, ce qui a protégé les moules des températures élevées en eau peu profonde pendant la sécheresse. En d'autres termes, une gestion éclairée de l'eau peut aider à soutenir les moules même si le changement climatique augmente la demande humaine en eau douce. Les défenseurs de l'environnement intentent maintenant des poursuites pour exiger des débits suffisamment élevés pour protéger les moules en voie de disparition dans le Kiamichi.

Les moules en voie de disparition peuvent fournir un levier légal, mais elles n'ont pas l'attrait viscéral d'un loup ou d'un faucon. "Une moule d'eau douce est à l'opposé d'une espèce charismatique", explique Vaughn. "Les gens ne le voient pas et ne savent pas ce qu'il fait."

Mais en fait, une moule adulte est un filtre à eau puissant, durable et efficace à l'intérieur d'une coquille dure. Il peut filtrer jusqu'à 10 gallons d'eau par jour, éliminant les algues et les matières organiques et transformant l'eau de trouble en claire afin que les plantes du fond reçoivent plus de lumière.

Il construit ses propres tissus à partir du matériau qu'il filtre, emprisonnant l'azote, le phosphore et le carbone pendant des décennies. Et il dépose ses déchets sur le lit du cours d'eau, fournissant des nutriments aux algues, insectes et autres invertébrés des fonds marins, qui, à leur tour, nourrissent les poissons.

Une moule à riffleshell attend patiemment la visite d'un poisson, qui est temporairement piégé pendant que la moule libère ses larves. La minuscule progéniture de moules vivra et se développera dans les branchies du poisson jusqu'à ce que les petites moules juvéniles soient prêtes à prendre vie dans le lit du ruisseau.

CRÉDIT : CHRIS BARNHART / UNIVERSITÉ D'ÉTAT DU MISSOURI

Une étude du haut Mississippi publiée dans la revue PeerJ a révélé que la population de moules relativement saine y filtre plus de 14 milliards de gallons d'eau par jour, éliminant des tonnes de biomasse et déposant des tonnes de carbone et d'azote à la surface des sédiments. Les bactéries qui transforment les composés azotés en azote gazeux inoffensif se développent sous les bancs de moules.

D'autres études, publiées dans Environmental Science & Technology, ont montré que le flotteur de Californie, une moule menacée originaire de Californie et du nord-ouest du Pacifique, réduit considérablement la quantité de bactéries fécales dans l'eau des rivières et des lacs.

Si les moules d'eau douce peuvent retrouver leur ancienne abondance, écrivent l'écologiste Danielle Kreeger et ses collègues dans le Journal of Shellfish Research, il y a des raisons de penser que les créatures peuvent atténuer la pollution par les nutriments et réduire les coûts de filtration de l'eau potable. "Si votre système avait une population de moules historiquement, et n'en a plus, je ne suis pas convaincu qu'il soit en bonne santé tant que vous n'aurez pas retrouvé votre communauté naturelle de moules", déclare Kreeger.

La pollution par les nutriments est une menace généralisée pour les écosystèmes aquatiques. Les rejets d'eaux usées et les engrais synthétiques utilisés dans l'agriculture intensive libèrent de lourdes charges d'azote et de phosphore dans les rivières, provoquant des proliférations nocives d'algues et de cyanobactéries. Au fur et à mesure que les cellules mortes coulent au fond, les bactéries les digèrent, épuisant l'oxygène dans l'eau. Pendant les floraisons intenses, les poissons et autres créatures aquatiques peuvent suffoquer.

Les minuscules larves de la moule huître (Epioblasma capsaeformis) en voie de disparition passent une partie de leur vie nichées dans les branchies ou les nageoires d'un poisson hôte. Les glochidies sont visibles ici sous forme de taches translucides sur la nageoire d'un poisson dard.

CRÉDIT : CHRIS BARNHART / UNIVERSITÉ D'ÉTAT DU MISSOURI

Le Chesapeake, le plus grand estuaire d'Amérique du Nord, est un cas de premier choix, déclare Kreeger, qui travaille pour le partenariat à but non lucratif pour l'estuaire du Delaware. Les premiers colons y ont enregistré des eaux claires remplies de poissons. Les sédiments du fond contenaient une abondance de plantes vertes, de moules et d'huîtres. Mais à partir des années 1600 et en s'accélérant au XXe siècle, le déboisement et l'agriculture ont augmenté le ruissellement de sédiments chargés de nutriments dans les eaux. Les populations de mollusques et crustacés ont diminué et le Chesapeake est devenu nuageux avec des sédiments et des proliférations d'algues, et les plantes et animaux indigènes des fonds marins ont disparu.

Pour limiter le ruissellement des éléments nutritifs, les agriculteurs doivent utiliser les meilleures pratiques de gestion, ou PGB - des stratégies telles que la réduction de l'utilisation d'engrais et la plantation de végétation des zones humides le long des fossés de drainage. La restauration des bivalves indigènes - en particulier les huîtres - a récemment été approuvée en tant que PGB. Jusqu'à présent, les efforts se sont concentrés sur l'huître orientale, une espèce d'eau salée qui nettoie l'eau et qui est également un mets précieux que les bateliers de Chesapeake récoltent. Les moules d'eau douce ne sont peut-être pas aussi savoureuses, mais elles pourraient contribuer à améliorer la qualité de l'eau, tout comme les huîtres et dans un plus large éventail d'habitats, explique Kreeger.

Mais avant de déployer des moules, il faut apprendre à les cultiver. Au cours des 20 dernières années, plusieurs laboratoires aux États-Unis ont travaillé sur le perfectionnement des techniques de propagation des moules en laboratoire pour élever des animaux pour les efforts de restauration. Ce faisant, ils se sont tournés vers la recherche de près d'un siècle plus tôt, lorsque les coquilles de moules d'eau douce étaient utilisées pour fabriquer des boutons, formant la base d'une importante industrie américaine.

Le centre de l'activité des boutons se trouvait dans le Midwest, où un seul banc de moules près de New Boston, dans l'Illinois, a produit plus de 9 000 tonnes métriques de coquillages de 1894 à 1897 - mais a été épuisé en 1899. Ce n'était qu'un des nombreux cas dans lesquels les bancs de moules naturels ont été anéantis par la surexploitation. Dans les années 1910, des chercheurs de l'Iowa et du Missouri travaillaient à augmenter la croissance et la reproduction des moules pour maintenir l'industrie du bouton.

À la fin des années 1800, les boutons « perlés » fabriqués à partir de coquilles de moules étaient un produit très recherché ; en 1899, il y avait quelque 60 usines dans le Midwest américain produisant des millions de boutons chaque année. L'industrie a gravement appauvri les populations locales de moules, mais les archives de cette époque ont informé les chercheurs sur les moules d'aujourd'hui qui propagent des moules en laboratoire pour les relâcher dans la nature.

CRÉDIT : STEVE SIMMONS

Ils ont laissé des informations sur comment et quand trouver des femelles porteuses de glochidies, et quels poissons sont les hôtes des moules locales. "Nous avons beaucoup appris en lisant ces vieux journaux", déclare Barnhart. Son propre laboratoire a découvert que l'étape suivante, attacher les moules larvaires au poisson hôte, était relativement simple : obtenir des glochidies de la femelle, garder l'eau dans le réservoir agitée et ajouter le bon poisson.

L'équipe de Barnhart s'est ensuite concentrée sur l'obtention d'un grand nombre de glochidies pendant leur phase parasitaire sur les poissons hôtes afin de produire autant de moules juvéniles que possible. Mais la plupart des juvéniles microscopiques ne survivent pas, ont-ils découvert. Le laboratoire a dû trouver un moyen de les faire grandir d'environ un pouce, à quel point "ils sont à l'épreuve des balles et ont une forte probabilité de survie", explique Barnhart.

Pourtant, la reconstitution des populations de moules perdues dans la nature est une tâche complexe, même après un élevage en laboratoire réussi. La rivière Upper Clinch en Virginie, où la pollution a anéanti les populations indigènes, est l'un des rares endroits où les efforts de restauration ont été couronnés de succès.

En 2005, après un nettoyage, les chercheurs ont tenté de relâcher de minuscules moules juvéniles et d'accueillir des poissons porteurs de glochidies, sans succès. Ce n'est que lorsqu'ils ont relâché des juvéniles plus gros, cultivés en laboratoire pendant un an ou plus, que les moules ont creusé et, avec le temps, ont montré des signes comportementaux de reproduction naturelle, explique Jess Jones, biologiste de la restauration au US Fish and Wildlife Service qui a travaillé sur l'effort. Des moules femelles tenant des larves dans leurs branchies ont été repérées s'élevant à la surface des sédiments pour montrer leurs leurres aux poissons hôtes.

Alors que les efforts pour restaurer les espèces de moules en voie de disparition se poursuivent et que les scientifiques en apprennent davantage sur les pratiques de gestion de l'eau qui peuvent les aider, Kreeger et ses collègues vont de l'avant avec un plan pour appliquer les techniques à plus grande échelle, en utilisant des espèces de moules communes, non menacées. L'objectif est de déployer les moules pour améliorer et protéger la qualité de l'eau et ainsi aider à restaurer des écosystèmes entiers.

Le projet fait suite à des années de travail de propagation et de culture de moules locales et se concentrera sur la relance de leurs populations dans les bassins versants du Delaware et de Chesapeake. Kreeger et ses collègues concluent que cinq espèces - l'elliptio oriental, le flotteur gaspareau, le mucket de marée, la ligumie pointue et la lampisterie jaune - seraient les principaux candidats à la restauration. Tous ont des capacités de filtration élevées, étaient historiquement répandus et abondants et restent relativement communs dans la région.

Élever des moules en laboratoire est délicat; entre autres étapes, les scientifiques doivent inciter les moules mères à libérer leurs minuscules larves, appelées glochidies. Pour certaines espèces, comme ce membre du genre Epioblasma, cette tâche est mieux accomplie en présentant la moule avec une tête de poisson au bout d'une petite pipette, imitant un hôte prometteur dans lequel les glochidies peuvent se développer. Une fois libérés, les glochidies sont aspirés dans la pipette et peuvent être élevés dans des bassins.

CRÉDIT : CHRIS BARNHART / UNIVERSITÉ D'ÉTAT DU MISSOURI

À cette fin, le Partnership for the Delaware Estuary a récemment signé un accord avec l'État de Pennsylvanie pour la construction d'une écloserie de production de moules à Philadelphie. "Lorsque l'écloserie est construite et que nous allumons les lumières et les pompes, notre objectif est de produire un demi-million de moules par an qui persisteraient dans nos ruisseaux et rivières, et de fournir un retour sur cet investissement sous forme d'eau propre", déclare Kreeger.

L'eau doit être un peu propre pour commencer : les moules larvaires et juvéniles peuvent être empoisonnées par des niveaux relativement faibles d'ammoniac, une forme d'azote courante dans les eaux polluées par les eaux usées ou les ruissellements agricoles. Des décennies de construction de barrages et de pollution ont provoqué le déclin drastique des populations de moules dans le bassin versant de Chesapeake. Les travaux de Kreeger et d'autres montrent que certains habitats peuvent à nouveau abriter des moules.

"Il n'y a pas eu d'installation auparavant capable de se concentrer sur la production d'un grand nombre d'espèces communes", déclare Kreeger. "Par conséquent, nous n'avons pas vraiment eu l'occasion de tester beaucoup de ces concepts de manière très significative - où vous mettez les chiffres dans une rivière, puis voyez si vous obtenez l'aiguille pour déplacer la qualité de l'eau.

"Nous sommes impatients de pouvoir enfin tester cela."

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Sharon Levy est une rédactrice scientifique basée en Californie du Nord et auteur de The Marsh Builders: The Fight for Clean Water, Wetlands, and Wildlife, récemment publié par Oxford University Press.

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Caryn C. Vaughn et Timothy J. Hoellein décrivent toutes les bonnes choses que font les moules d'eau douce, de la filtration de l'eau à la stabilisation des rivages.

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