Les scientifiques tentent de rendre sa toxicité à cette grenouille

Au cœur de la jungle panaméenne, Brian Gratwicke, biologiste de la conservation, et son équipe ont suivi le signal d'un émetteur radio qui les a menés jusqu'à un uropyge (Uropygi), à l'allure féroce, en plein repas. 

Quelques jours auparavant, l'équipe avait fixé un minuscule traceur sur le dos d'une petite grenouille Atelopus limosus, puis relâché l'animal près d'un ruisseau dans la vallée de Mamoní, dans le centre du Panama. Ils n'étaient pas certains de retrouver la grenouille mais ils ne s'attendaient certainement pas à la retrouver prise dans les pinces épineuses d'un uropyge. 

En effet, ces grenouilles appartenant au genre Atelopus sont extrêmement toxiques, chaque individu étant capable de tuer plusieurs milliers de souris, « à tel point qu'à un moment donné, on est passés aux chevaux », affirme Brian Gratwicke, qui travaille au Smithsonian National Zoo and Conservation Biology Institute en Virginie et qui est également explorateur National Geographic. Par conséquent, la liste de prédateurs de ces grenouilles est très courte et les uropyges n'y figurent généralement pas. 

Lorsque Brian Gratwicke et ses collègues du Panama Amphibian Rescue and Conservation Project ont relâché quatre-vingt-trois grenouilles de l'espèce Atelopus limosus élevées en captivité en 2017, y compris le malheureux individu équipé d'un émetteur radio, ils s'inquiétaient d'une menace tout à fait différente : Batrachochytrium dendrobatidis. Ce champignon microscopique infecte et tue les grenouilles depuis son apparition en Amérique centrale dans les années 1970. À mesure qu'il s'est propagé à travers le monde, Batrachochytrium dendrobatidis est devenu l'agent pathogène le plus meurtrier de l'histoire de la faune sauvage, provoquant au moins quatre-vingt-dix extinctions, dont celle d'une autre espèce d'Atelopus et de la mascotte nationale du Panama, la grenouille dorée du Panama (Atelopus zeteki). La plupart des autres espèces du genre Atelopus sont actuellement en danger critique d'extinction. 

Heureusement, les chercheurs ont rapidement réalisé que les grenouilles du genre Atelopus, également appelées grenouilles arlequins, sont particulièrement sensibles au champignon. Anticipant le pire, ils ont capturé des individus appartenant aux espèces du genre Atelopus, y compris la grenouille dorée, afin de commencer à constituer des populations de secours dans des zoos et des aquariums aux États-Unis et au Panama, qui pourraient un jour être relâchées dans la nature. 

Des décennies plus tard, alors que le champignon continue de se propager, leur réintroduction dans la nature reste un rêve lointain. Mais de petits essais de lâchers, comme celui de 2017, permettent aux scientifiques d'étudier comment les grenouilles interagissent avec l'agent pathogène dans la nature et de quels outils elles pourraient avoir besoin pour survivre, ou globalement, « comment faire pencher la balance en faveur de ces grenouilles », explique Brian Gratwicke. 

Cependant, les amphibiens n'ont même pas eu le temps d'être infectés par Batrachochytrium dendrobatidis... Ils sont devenus le repas non seulement d'un uropyge, mais aussi d'une araignée du genre Dolomedes et d'un gros amphibien de l'espèce Leptodactylus savagei. Des analyses chimiques ultérieures ont permis d'expliquer ce phénomène : élevées en captivité, les grenouilles Atelopus avaient perdu leur toxicité. C'est une très mauvaise nouvelle pour un animal qui utilise ses toxines pour éviter de se faire manger.

La découverte révélant que les grenouilles Atelopus, autrefois mortelles, étaient désormais vulnérables à tout un ensemble de prédateurs, sans compter la problématique liée à la prolifération du champignon, a donné lieu à une véritable quête parallèle impliquant les scientifiques du monde entier. Ces derniers s'efforcent tous de répondre à une question simple que Brian Gratwicke formule comme suit : « comment rendre ces grenouilles "piquantes" à nouveau ? ». 

POURQUOI CERTAINES GRENOUILLES SONT-ELLES VENIMEUSES ?

Dans le commerce des animaux de compagnie, le phénomène de la perte de toxicité chez les grenouilles est bien documenté. Les Dendrobatidae obtiennent leur venin grâce aux fourmis et aux mites dont elles se nourrissent dans la nature. Si on les nourrit d'autres insectes, leur toxicité disparaîtra avec le temps. Les grenouilles de la famille Dendrobatidae élevées en captivité ne mangent jamais les insectes qui les rendent toxiques : elles sont donc totalement exemptes de toxines, ce qui est, bien sûr, souhaitable pour les propriétaires d'animaux de compagnie. 

Cependant, ce n'est pas l'idéal pour une grenouille à l'état sauvage qui compte sur ses toxines pour se défendre. Ajoutez à cela un genre de grenouilles dont la population est en déclin à l'état sauvage : les prédateurs vivants n'ont peut-être jamais croisé de grenouilles Atelopus, et encore moins eu d'interactions négatives avec elles (de nombreuses toxines sont non seulement dangereuses mais également très amères). Brian Gratwicke explique que si leurs couleurs vives pouvaient auparavant servir d'avertissement, elles sont désormais la promesse d'un délicieux repas. 

Nous n'avons encore jamais rétabli la toxicité de grenouilles sauvages. Et même si c'était le cas, les cinq espèces Atelopus concernées ont été décimées par Batrachochytrium dendrobatidis avant même que les scientifiques n'aient eu le temps d'étudier de manière approfondie la composition de leur toxine. Afin de redonner leur « piquant » aux grenouilles Atelopus, les chimistes devraient partir de zéro : quelles toxines les individus sauvages possèdent-ils, et en quelle quantité ? Ensuite, ils pourraient comparer ces informations aux individus élevés en captivité : ont-ils conservé une partie de leurs toxines d'origine, ou ont-ils perdu tout leur « piquant » ?

Le chimiste Phillip Jervis souhaitait répondre à ces questions ; il s'est donc mis en quête de grenouilles Atelopus sauvages. C'est une tâche compliquée étant donné leur rareté. Au cours d'un séjour au laboratoire Smithsonian au Panama en juin 2019, Phillip Jervis, venu de l'Imperial College London, a passé des semaines à inspecter les berges des cours d'eau pour ne trouver qu'une vingtaine de grenouilles Atelopus limosus, bien plus qu'il ne s'y attendait mais tout de même un nombre relativement bas. Il a placé chacune d'entre elles dans un sac en plastique avec 20 millilitres d'eau et quelques gouttes de norépinéphrine, une hormone du stress qui les pousse à libérer des toxines. Il analyse actuellement ces échantillons dans l'espoir de pouvoir enfin décrire la composition des toxines présentes chez les grenouilles Atelopus limosus, et de la comparer à celle des grenouilles élevées en captivité. 

Bien que la composition exacte de cette recette reste un mystère, les scientifiques ont déjà identifié plusieurs types de toxines chez les espèces du genre Atelopus : la tétrodotoxine, une neurotoxine que l'on retrouve chez certaines grenouilles ainsi que, entre autres animaux, les pieuvres à anneaux bleus (Hapalochlaena) et les poissons-globes (Tetraodontidae) au Japon, ce qui représente un risque pour les amateurs de sushis. Certaines des recherches antérieures menées par Brian Gratwicke ont révélé que les grenouilles en captivité ne présentent pas du tout de tétrodotoxine. Or, selon Phillip Jervis, « personne ne sait vraiment comment cette toxine est produite ». « Elle apparaît en quelque sorte chez des animaux choisis au hasard sur l'arbre de vie et personne ne sait vraiment comment elle est acquise ».

Les grenouilles du genre Atelopus pourraient tirer leur tétrodotoxine des bactéries, des algues ou d'un élément de leur chaîne alimentaire. Ou peut-être la fabriquent-elles elles-mêmes dans leur organisme. L'hypothèse la plus répandue à l'heure actuelle est que cette toxine provient de leur alimentation. Alors qu'il mettait au point des méthodes pour détecter de faibles quantités de tétrodotoxine, le chimiste Candelario Rodriguez, qui travaille actuellement à la station scientifique Coiba, au Panama, indique avoir trouvé cette toxine non seulement sur la peau des grenouilles, mais aussi dans leur tube digestif, leurs reins et leur foie, ce qui étaye cette hypothèse. 

DES TENTES POUR GRENOUILLES À L'ACHAT DE POISON EN LIGNE

Que les toxines des grenouilles Atelopus proviennent de leur alimentation ou d'un autre mécanisme qui ne se produit qu'à l'état sauvage, les scientifiques se sont demandés si les grenouilles pouvaient retrouver leur toxicité simplement en retournant dans leur environnement naturel. Ainsi, lors d'un essai de réintroduction dans la nature mené en 2018, l'équipe du Panama Amphibian Rescue and Conservation Project a installé une douzaine de tentes pour chats dans la forêt tropicale humide, les a remplies d'environ 7 centimètres de débris de feuilles et a ensuite placé une grenouille Atelopus varius, ou une autre espèce de grenouilles arlequins, dans chacune d'elles. Ces tentes devraient faciliter la récupération des grenouilles pour les tests et pour les protéger des prédateurs, tout en les réintroduisant dans leur environnement naturel. 

Après soixante-dix-neuf jours passés sur les débris de feuilles, les tests ont révélé que les grenouilles avaient rapidement rétabli leur microbiome naturel, y compris avec une bactérie susceptible de produire la tétrodotoxine, selon Brian Gratwicke. Mais ils n'ont pas trouvé de tétrodotoxine. 

Les chercheurs ont choisi d'explorer une autre piste : acheter de la tétrodotoxine synthétique en ligne, vendue par des fournisseurs pour des travaux de chimie analytique, et l'administrer directement aux grenouilles. Après six mois de démarches administratives pour transporter légalement la toxine jusqu'au laboratoire au Panama, l'équipe l'a injectée dans des larves de pyrales des fruits secs (Plodia interpunctella) qu'elle a ensuite données à manger à certaines grenouilles. La larve contenait assez de toxines pour tuer plusieurs milliers de souris, soit environ la moitié de la quantité que l'on trouvait auparavant chez une grenouille Atelopus, selon Brian Gratwicke. Les grenouilles se portaient parfaitement bien. Phillip Jervis examine toujours ces résultats pour déterminer si elles ont atteint les niveaux de toxicité observés à l'état sauvage. 

C'est l'une des pièces de ce puzzle les plus difficiles à placer : comment est-on censé rétablir la toxicité d'une grenouille telle qu'elle était « avant », alors qu'on ne comprend pas bien en quoi consiste cet « avant » ? C'est une question particulièrement pertinente pour la grenouille dorée du Panama (Atelopus zeteki) en raison de la toxine tout à fait unique qui lui a donné son nom, la zetekitoxin. Cette toxine a été décrite par les chimistes en 2003, avant que l'espèce de grenouilles ne s'éteigne à l'état sauvage en 2009. Mais il n'existe aujourd'hui plus aucune grenouille vivante possédant cette toxine, elle n'existe donc tout simplement plus dans la nature. Aucune autre source d'origine de cette toxine n'a été découverte.

À LA RECHERCHE D'UNE MOLÉCULE DISPARUE DEPUIS LONGTEMPS

À l'université du Michigan (U-M), le chimiste Tim Cernak cherche une réponse dans les archives. Il étudie actuellement des grenouilles conservées dans des bocaux, capturées en avril 1965, dont certaines par l'entomologiste et naturaliste James Zetek, en hommage à qui la toxine a été baptisée. Les grenouilles ont été conservées dans de l'éthanol pendant soixante ans, ce qui fait de l'extraction de la toxine « un problème chimique ridiculement compliqué », selon Tim Cernak. C'est une occasion unique de retrouver une molécule disparue depuis longtemps et les chances de réussite sont très faibles. 

« Nous poursuivons un fantôme », affirme Tim Cernak.  

Heureusement, il n'aura peut-être pas besoin de trouver la zetekitoxin pour la reconstituer. Sur la base des similitudes de structure chimique, Tim Cernak pense qu'il est possible de créer de la zetekitoxin à partir d'un autre type de toxine appelée saxitoxine, un composé ancien relativement courant dans la nature. Son hypothèse est que les grenouilles ingèrent dans leur alimentation quelque chose qui contient des saxitoxines, probablement une sorte d'insectes, qui se transforme ensuite en zetekitoxin. Il ne peut pas expliquer comment pour le moment mais il a récemment examiné le contenu de leurs intestins et a découvert des traces de saxitoxine. Les analyses en cours permettront, nous l'espérons, de révéler de quelle espèce d'insecte elle provient. En attendant, il mène des simulations d'intelligence artificielle afin de démêler les étapes de transformation d'une toxine en une autre. 

Le graal serait de trouver une grenouille dorée à l'état sauvage et d'analyser ses toxines. Mais, si les grenouilles Atelopus limosus et arlequins existent toujours à l'état sauvage, bien qu'en petit nombre, les grenouilles dorées n'ont plus été observées depuis 2009. Même la première réintroduction de grenouilles dorées élevées en captivité en août dernier a constitué un événement majeur. 

Dans un endroit tenu secret de la jungle du Panama, l'équipe de Brian Gratwicke a placé cent grenouilles dorées dans des tentes fermées. Comme pour les autres espèces d'Atelopus, l'objectif de ces essais est d'étudier la dynamique de la maladie dans la nature afin d'améliorer les chances de survie futures des grenouilles. Les chercheurs envisagent plusieurs stratégies d'atténuation potentielles, notamment la reproduction sélective d'individus plus résistants à Batrachochytrium dendrobatidis, ainsi que des lâchers ciblés dans des zones nommées « refuges climatiques », où les conditions sont défavorables au champignon. 

Au bout de douze semaines passées dans les tentes, environ 70 % des grenouilles étaient mortes du Batrachochytrium dendrobatidis, un rappel sérieux de la présence persistante de ce champignon. Mais l'essai a permis aux scientifiques de prélever des échantillons de peau sur ce qui se rapproche le plus d'une grenouille dorée dans la nature. Ils s'efforcent désormais de faire parvenir ces prélèvements du Panama au Michigan afin que Tim Cernak puisse tester son hypothèse sur la saxitoxine. Il prévoit d'incuber de la saxitoxine synthétique avec le mélange particulier des microbes cutanés des grenouilles pour voir si cela pourrait produire de la zetekitoxin. 

Pour l'instant, il y a plus de questions que de réponses, mais l'essentiel est que les recherches soient en cours. « De nombreux chercheurs savent que ce problème existe chez les grenouilles mais jusqu'à présent, seul ce projet a tenté de comprendre pourquoi », explique Candelario Rodriguez, le chimiste panaméen. « On ne peut pas préserver une espèce si l'on ne comprend pas ces mécanismes ». La captivité a peut-être sauvé ces espèces. Mais, à mesure que les chercheurs en apprennent davantage, les grenouilles se rapprochent un peu plus de leur retour à la nature.