Aquaculture d'éponges de mer - Aquaculture of sea sponges

L'aquaculture des éponges de mer est le processus d'élevage d'éponges de mer dans des conditions contrôlées. Elle a été menée dans les océans du monde pendant des siècles en utilisant un certain nombre de techniques d' aquaculture . Il existe de nombreux facteurs tels que la lumière, la salinité , le pH , l' oxygène dissous et l'accumulation de déchets qui influencent le taux de croissance des éponges. Les avantages de l'aquaculture des éponges de mer sont obtenus en raison de sa facilité d'établissement, des exigences minimales en matière d'infrastructure et du potentiel d'être utilisé comme source de revenus pour les populations vivant dans les pays en développement. Les éponges de mer sont produites à une échelle commerciale pour être utilisées comme éponges de bain ou pour extraire des composés biologiquement actifs que l'on trouve dans certaines espèces d'éponges. Des techniques telles que la méthode de la corde et du sac en filet sont utilisées pour élever des éponges de manière indépendante ou dans le cadre d'un système d'aquaculture multitrophique intégré. L'une des seules véritables éponges de mer durables cultivées dans le monde se trouve dans la région de Micronésie , avec un certain nombre de méthodes de culture et de production utilisées pour assurer et maintenir la durabilité continue de ces espèces d'élevage.

Histoire

Plus de 8000 espèces d'éponges de mer vivent dans des habitats océaniques et d'eau douce. La pêche à l' éponge a toujours été une industrie importante et lucrative, avec des prises annuelles des années 1913 à 1938 dépassant régulièrement 181 tonnes et générant plus d'un million de dollars américains. Cependant, cette demande d'éponges de mer a connu un pic de taux de capture et en 2003, la demande d'éponges de bain était de 2 127 tonnes, la production mondiale issue de la récolte n'atteignant qu'un quart de cette quantité.

Les premières recherches aquacoles sur l'optimisation des techniques d'élevage des éponges de mer utilisaient un certain nombre de méthodes d'élevage. Cependant, l'élevage commercial d'éponges s'est heurté à une forte résistance et à des interférences de la part des pêcheurs d'éponges, qui pensaient que leur revenu continu était menacé. L'opposition des éleveurs commerciaux d'éponges a entraîné une faible pénétration du marché et une faible adoption par les consommateurs des produits d'éponges d'aquaculture.

Avantages

Les avantages de l'aquaculture commerciale d'éponges sont évidents pour ceux qui vivent dans les pays en développement. Dans ces pays, l'aquaculture d'éponges est à la fois une activité facile et rentable, qui profite à la communauté locale et à l'environnement en minimisant à la fois la pression de récolte sur les stocks sauvages et les dommages environnementaux.

Simple

La culture des éponges est un processus simple et nécessite peu de connaissances spécialisées. De plus, la facilité de l'aquaculture des éponges signifie que toute une famille peut être impliquée dans le processus de production. Il en résulte une entreprise familiale rentable qui se conforme aux discours traditionnels des « fermes familiales », augmentant la probabilité d'adoption de l'aquaculture d'éponges de mer. De plus, il est courant que les fermes d'éponges de mer soient situées à proximité des maisons familiales, ce qui permet un accès, une surveillance, des modifications et des travaux continus à la ferme.

La génération de revenus

L'aquaculture d'éponges de mer fournit également aux familles une source de revenus continue toute l'année, qui peut être entreprise comme un engagement à temps plein, ou comme un travail à temps partiel pour compléter un revenu existant.

Les usages

Éponges de bain

Les deux dernières décennies ont vu un regain d'intérêt pour le potentiel de l'aquaculture d'éponges à contribuer à répondre à la demande mondiale croissante d'éponges de bain. Les éponges de bain sont aujourd'hui l'utilisation la plus courante des éponges de mer d'aquaculture. Les éponges de bain peuvent être définies comme toute espèce d'éponge ne possédant que des fibres de spongine , qui sont des fibres élastiques fabriquées à partir de protéines de collagène .

Les utilisations commerciales des éponges de bain vont des applications cosmétiques , de bain ou industrielles, avec la qualité de l'éponge basée sur l'analyse de la qualité du squelette de l'éponge, avec celles possédant des fibres douces, durables et élastiques commandant le prix le plus élevé.

Utilisations bioactives

La présence de métabolites secondaires produits par des micro-organismes symbiotiques au sein de l'éponge, améliore sa croissance et sa survie. Des milliers de métabolites secondaires dérivés d'éponges ont été isolés avec succès à partir d'éponges, de nombreux métabolites ayant des propriétés médicinales potentielles, telles que la cytotoxicité , l'activité anti-inflammatoire et antivirale . Par conséquent, ils ont un potentiel important au sein de l'industrie pharmaceutique en tant que moyen de générer de nouveaux médicaments. Ces métabolites secondaires, cependant, ne sont souvent présents qu'en quantités infimes, les seules méthodes permettant d'utiliser ces métabolites à des fins thérapeutiques dépendant de la mise à l'échelle des composés via la synthèse chimique ou l'aquaculture.

Éponges menstruelles

Bien qu'il s'agisse encore d'un marché de niche, quelques entreprises ont commencé à produire et à commercialiser de petites éponges comme produits d' hygiène féminine réutilisables . Ils sont commercialisés sous les marques Sea Pearls aux États-Unis et Jam Sponge au Royaume-Uni. Les éponges sont insérées dans le vagin de la même manière qu'un tampon , mais lorsqu'elles sont pleines, elles sont retirées, nettoyées et réutilisées, plutôt que jetées. Les avantages d'une alternative aux tampons réutilisables incluent la rentabilité et la réduction des déchets. (Étant donné que les éponges sont biodégradables, même lorsque la durée de vie absorbante d'une éponge menstruelle est terminée, elle peut être compostée.) Certaines femmes sont également préoccupées par les risques pour la santé associés aux tampons traditionnels et estiment qu'il est plus sain d'utiliser un matériau naturel. Bien qu'aucun cas connu de syndrome de choc toxique n'ait été associé à l'utilisation d'éponges menstruelles, les éponges sont connues pour contenir du sable, du gravier et des bactéries, et donc la possibilité d'un syndrome de choc toxique doit être envisagée. Les éponges ont une plus grande capacité d'absorption du flux menstruel que la plupart des tampons ; bien qu'ils devraient toujours être changés au moins toutes les huit heures.

Facteurs qui affectent la croissance des éponges

Salinité, pH, température et lumière

Les éponges de mer doivent être cultivées à une salinité de 35ppt (salinité de l'eau de mer). L'hypersalinité (fortes concentrations en sel) dans l'environnement immédiat entourant une éponge déshydratera les cellules de l'éponge, alors qu'un environnement hyposalin (faible concentration en sel) dilue l'environnement intracellulaire de l'éponge. Le pH de l'eau doit correspondre à celui de l'eau de mer (pH 7,8-8,4) pour que la production d'éponges soit maximisée. Les éponges sont sensibles à la température et des fluctuations extrêmes de la température ambiante peuvent nuire à la santé des éponges marines. Les températures élevées entraînent des accidents dans les cultures d'éponges. Les bactéries symbiotiques qui habitent normalement les éponges de mer commencent à se reproduire à un rythme insoutenable lorsque la température ambiante de l'eau augmente de quelques degrés. Ces bactéries attaquent et détruisent ensuite les cellules et les tissus de l'éponge. Il a été suggéré que les éponges devraient être cultivées à des températures de l'eau légèrement inférieures à la température ambiante de l'eau dans la région d'où l'éponge a été isolée à l'origine.

Les endosymbiotes photosynthétiques habitent de nombreuses éponges tropicales, et celles-ci ont besoin de lumière pour survivre. Certaines éponges dépendent donc de la disponibilité et de l'intensité de la lumière pour répondre à leurs besoins nutritionnels. Chez certaines espèces cependant, la lumière peut entraîner une inhibition de la croissance car elles sont sensibles au rayonnement ultraviolet. Sauf lorsque l'éponge est associée à des bactéries photosynthétiques, la croissance optimale des éponges de mer se produit dans des conditions sombres.

Oxygène dissous

L'oxygène dissous est absorbé par le système aquifère. L'oxygène contenu dans les éponges de mer est consommé à des taux allant de 0,2 à 0,25 µmol O 2 h −1 /cm 3 de volume d'éponge. Les démosponges maintenues dans des conditions de laboratoire peuvent également tolérer des conditions hypoxiques, pendant de brèves périodes, ce qui pourrait refléter leur adaptabilité à l'oxygène dissous.

Enlèvement de déchet

Dans les systèmes de culture fermés, certaines espèces d'éponges peuvent produire des métabolites bioactifs et cytotoxiques qui peuvent rapidement s'accumuler et inhiber la croissance ultérieure des éponges. Cependant, les biofiltres sont susceptibles d'être inefficaces pour éliminer les métabolites secondaires expulsés de l'éponge. Les méthodes d' adsorption où les biomolécules adhèrent à un adsorbat sont susceptibles d'être un moyen efficace d'éliminer ces composés.

Maladies

Les épidémies de maladie des éponges de bain sont souvent graves, pouvant potentiellement détruire les populations d'éponges sauvages et d'aquaculture. Les facteurs sous-jacents qui entraînent des épidémies peuvent être dus à des agents responsables tels que des virus, des champignons, des cyanobactéries et des souches bactériennes.

Sélection du site

Lors du choix d'un site d'aquaculture d'éponges de mer, les facteurs qui favorisent la croissance et la survie des espèces d'éponges cultivées doivent être pris en compte. Les éponges dépendent grandement d'un flux d'eau passif pour fournir de la nourriture, comme des bactéries et des microalgues , ainsi un bon flux d'eau augmente la croissance et la qualité des éponges. Des débits d'eau supérieurs à la normale pourraient potentiellement endommager les éponges d'élevage. Un emplacement idéal pour une ferme d'éponges de mer serait dans une zone abritée, mais qui reçoit un débit d'eau et une disponibilité de nourriture suffisants pour optimiser la croissance des éponges.

Méthodes de culture

L'utilisation d'explants

L'aquaculture d'éponges pour la production de spongines ou de métabolites tire parti des capacités de régénération élevées des cellules d'éponges totipotentes en utilisant des explants (morceaux coupés d'une éponge mère, qui repousseront ensuite en une éponge complète) comme moyen de culture d'éponges. Les éponges ont une croissance indéterminée , avec une croissance maximale déterminée par des contraintes environnementales plutôt que par la génétique . Lors de l'établissement initial d'une ferme, les explants d'éponges seront choisis en fonction de leurs caractéristiques phénotypiques de croissance rapide et de spongine ou de métabolites de haute qualité.

Aquaculture multitrophique intégrée

L'aquaculture marine intensive au cours de la dernière décennie s'est considérablement développée et a entraîné des impacts négatifs considérables sur l'environnement. De grands volumes de rejet de matière organique provenant d'aliments non consommés et de déchets excréteurs d'espèces aquacoles ont entraîné des niveaux élevés de nutriments dans les eaux côtières. De grandes quantités d'azote (~ 75%) excrétées par les bivalves , les saumons et les crevettes , pénètrent dans l'environnement côtier, avec le potentiel de développer des proliférations d'algues et de réduire l'oxygène dissous dans l'eau.

Un système d'aquaculture intégré se compose d'un certain nombre d'espèces à différents niveaux trophiques de la chaîne alimentaire . Ainsi, la production de déchets (organismes nourris) tels que les poissons et les crevettes est associée à des organismes extractifs tels que les ormeaux, les éponges ou les oursins, comme mécanisme d'élimination de l'excès de matière nutritive de la colonne d'eau. Les éponges de mer ont un avantage distinct en tant qu'organisme extractif dans un système d'aquaculture multitrophique intégré, car elles ont le potentiel d'agir comme un bioremédiateur pour éliminer à la fois les bactéries pathogènes et la matière organique. L'éponge Hymeniacidon perlevis a montré une excellente capacité à éliminer le carbone organique total (COT) de l'eau de mer dans des conditions d'aquaculture intégrée, et pourrait être un outil de bioremédiation potentiellement utile pour les systèmes d'aquaculture dans les régions où la pollution de l'eau est élevée. De plus, l'enrichissement organique provenant des poissons d'élevage à proximité peut stimuler la croissance des éponges, entraînant une aquaculture plus efficace des éponges de mer.

Éponge de bain aquaculture

De nombreuses fermes commerciales d'éponges de mer situent leurs sites d'aquaculture dans des eaux plus profondes (> 5 m), afin de maximiser le nombre d'explants d'éponges pouvant être cultivées et d'augmenter la productivité. Deux méthodes principales d'aquaculture d'éponges de bain ont été testées avec des éponges cultivées sur une corde ou à l'intérieur d'un sac en filet.

Méthode de la corde

La survie des éponges élevées sur des cordes est généralement plus faible car des dommages irrécupérables surviennent à l'explant lors de l'enfilage sur la corde. De plus, les éponges cultivées sur la corde ont le potentiel d'être arrachées de la corde pendant les tempêtes lorsque le débit d'eau augmente considérablement, ou de s'éloigner de la corde et de former une éponge caractéristique en forme de beignet, invendable, de faible valeur. Des différences dans la croissance et la santé des éponges se produisent au sein des espèces caractérisées par des variations dans la capacité de régénération, la sensibilité à l'infection après la coupe, la rusticité et le potentiel de croissance.

Méthode du sac en filet

Des niveaux de dommages plus faibles chez certaines espèces d'éponges cultivées via des sacs en filet peuvent conduire à des niveaux de survie plus élevés. Les taux de croissance peuvent être diminués car les brins de maille sur les sacs peuvent diminuer le débit d'eau, limitant la disponibilité de la nourriture. L'accumulation d' agents d' encrassement biologique tels que les bryozoaires , les ascidies et les algues sur le maillage peut limiter davantage le débit d'eau. Des brins à mailles minces avec de grands espaces et un site bien positionné peuvent agir comme un moyen d'atténuer l'encrassement biologique et les débits réduits.

Combinaison de méthodes

En combinant les approches de corde et de sac en filet pour l'aquaculture d'éponges de bain dans une « période de nurserie », des augmentations de la qualité et de la production peuvent se produire. Dans la méthode de la période de pépinière, les éponges sont initialement cultivées dans des sacs en filet jusqu'à ce que les explants soient guéris et régénérés pour filtrer efficacement l'eau. Les explants régénérés sont transférés sur corde pour favoriser une croissance optimale jusqu'à la récolte. Cette stratégie est à forte intensité de main-d'œuvre et coûteuse, avec des taux de croissance et de survie qui ne sont pas plus élevés que lorsque l'agriculture se fait uniquement via la méthode du sac en filet.

Une méthode plus économiquement viable pour cultiver les éponges de bain consisterait à transférer les éponges dans des sacs en filet plus grands au fur et à mesure de la croissance des éponges pour permettre un débit d'eau et une séquestration des nutriments adéquats.

Production aquacole d'éponges de bain en Micronésie

Des éponges de bain sont actuellement produites à l'aide de l'éponge Coscinoderma matthewsi avec une production d'environ 12 000 éponges, vendues localement aux résidents et aux touristes de Pohnpei , dans les États fédérés de Micronésie . Ces éponges sont l'une des seules véritables éponges de mer cultivées de manière durable au monde. Les éponges sont cultivées via la méthode de la corde, avec de faibles coûts d'investissement de quelques milliers de dollars pour l'équipement agricole et d'entretien, produisant des éponges 100% naturelles sans aucun produit chimique agressif ajouté pendant le traitement.

La production aquacole d' éponges C. matthewsi a été entreprise par l'Institut de recherche marine et environnementale de Pohnpei (MERIP), pour essayer de générer un revenu durable pour les résidents de la communauté locale avec peu d'options pour gagner de l'argent. Les éponges mettent environ deux ans pour atteindre une taille exploitable, les plongeurs en apnée éliminant régulièrement à la main les algues et les agents d'encrassement biologique. Ces éponges sont traitées par des processus naturels, où elles sont laissées à sécher à l'air, puis placées dans des paniers et renvoyées dans le lagon où elles ont été cultivées. Ce processus élimine toute la matière organique à l'intérieur de l'éponge, laissant derrière elle le produit final de l'éponge de bain. Un traitement ultérieur se produit en ramollissant l'éponge, mais aucun agent de blanchiment, acide ou colorant n'est utilisé.

Aquaculture d'éponges bioactives

Des recherches sur l'élevage d'éponges de mer pour leurs métabolites bioactifs se déroulent dans les régions de la Méditerranée, de l'Indo-Pacifique et du Pacifique Sud. Les principaux objectifs sont d'optimiser les méthodes de production bioactives, les processus d'aquaculture et les conditions environnementales afin de maximiser leur production.

De nouvelles méthodes

Dans l'aquaculture pour les bioactifs, la forme finale de l'explant n'est pas préoccupante, ce qui permet d'utiliser des méthodes de production supplémentaires. Les nouvelles méthodes de culture bioactive incluent la « méthode du réseau maillé » qui utilise la colonne d'eau pour suspendre verticalement un tube maillé avec des explants uniques maintenus dans des poches alternées.

Le nombre d'éponges nécessaires aux bioactifs de l'aquaculture est réduit car les métabolites secondaires des éponges peuvent être récoltés de manière répétitive pendant de nombreuses années, ce qui réduit les coûts et l'infrastructure requis. Les quelques éponges sélectionnées pour la production de métabolite auraient des taux de production élevés pour le métabolite cible afin d'optimiser la production et les profits.

Facteurs affectant la production de métabolites secondaires

Un certain nombre de facteurs affectent la production de métabolites d'éponge, la concentration de métabolites variant considérablement entre les explants voisins. Les différences localisées d'intensité lumineuse et d'encrassement biologique sont des facteurs physiques et biologiques qui se sont avérés affecter de manière significative la biosynthèse des métabolites chez les éponges. Des changements dans les facteurs environnementaux peuvent altérer les populations microbiennes et affecter par la suite la biosynthèse des métabolites.

Comprendre les facteurs environnementaux qui affectent la biosynthèse des métabolites ou le rôle écologique du métabolite peut être utilisé comme un avantage concurrentiel pour maximiser la production de métabolites et le rendement total. Par exemple, si le rôle écologique du métabolite cible secondaire était de dissuader les prédateurs, imiter la prédation en blessant l'éponge avant la récolte peut être une technique efficace pour maximiser la production de métabolite.

Certaines éponges produisant des métabolites se développent extrêmement rapidement, ce qui suggère que l'élevage d'éponges peut être une alternative viable à la production de bioactifs qui, à l'heure actuelle, ne peuvent pas être synthétisés chimiquement. Bien que l'élevage d'éponges pour les bioactifs soit plus lucrative en raison de ses propriétés à plus forte valeur ajoutée, il existe plusieurs défis qui ne sont pas présents lors de l'aquaculture des éponges de bain, tels que les coûts élevés associés à l'extraction et à la purification des métabolites.

Les références