Forestil dig at studere dyr uden at se dem. Lyder det latterligt? For mennesker som os, der først blev interesseret i biologi, fordi vi elsker dyr og nyder at studere dem, ja, det lyder som en dårlig aftale. Alligevel, hvis du tænker over, hvad retsmedicinske efterforskere gør, når de søger DNA-bevis på en kriminel scene, eller hvad læger gør, når de opdager et patogen i en patients blod, er det netop det: de opdager livsformer uden at se dem.
Relateret indhold
- Den virkelige videnskab bag Megalodon
DNA er livets blåtryk. Den findes i næsten enhver organisme på Jorden, og vi studerer den normalt ved at udtrække den fra et stykke væv eller en blodprøve. Men DNA er virkelig overalt: dyr kaster det konstant, når de skraber sig, når de frigiver urin, æg, spyt, ekskrementer og selvfølgelig, når de dør. Hvert miljø, fra din seng til havets dybeste fordybninger, er fuld af "biologisk støv", for det meste cellulært materiale, som indeholder DNA fra de organismer, der efterlod det. Dette kalder vi "miljø-DNA" eller eDNA.
Ved hjælp af stadig hurtigere, nøjagtig og overkommelig teknologi er forskere begyndt i de senere år at sekvensere dette spor-DNA fra mange miljøer. Og denne ”mikro” -tilgang har endda vist sig at være nyttig for forskere, der undersøger miljøer så store som verdenshavene.
Judith svømmer med en hammerhead i Bahamas: hajer er svære at undersøge og spore, da havet er så stort. (Nicolo Roccatagliata, forfatter forudsat) Mange havdyr er store, sjældne, undvigende og meget mobile. Hajer er et indlysende eksempel: I verdenshavene udgør de en lille del af biomassen, de fleste af dem er temmelig vanskelige at fange, og de har været i konflikt med mennesker, siden vi begyndte at gå på havet. Med nogle få undtagelser undgår de os, og på grund af os er mange blevet udryddelsestruede.
Derfor troede vi, at det ville være interessant at se, om vi bare ved at prøve et par flasker havvand (og DNA-fragmenterne deri) hurtigt kunne kortlægge tilstedeværelse og distribution af hajer uden at deltage i vilde jagter eller bruge tid og ressource- intensive hajfiskemetoder. Vi var glade for at finde ud af, at dette faktisk var muligt, og at forskellige arter kunne påvises i forskellige geografiske regioner, selvom de områder, der var blevet mere påvirket af mennesker, ville vise en lille tilstedeværelse af hajer.
Stefano-prøveudtagning i Belize (Judith Bakker, forudsat forfatter) Men det rigtige mål for effektiviteten af denne eDNA-tilgang til hajovervågning ville kun blive afsløret, når man kontrasterer med etablerede, afprøvede og metodiske metoder, såsom visuelle folketællinger med dybde eller agnede undervands kameraoptagelser.
Dette var i fokus for vores seneste undersøgelse, der blev udført med kolleger med base i den sydlige Stillehavs skærgård i Ny Kaledonien, Frankrig, Australien og USA, og nu offentliggjort i tidsskriftet Science Advances . Resultaterne var meget spændende: 22 vandprøver indsamlet i løbet af et par uger opdagede flere hajer end hundreder af agnede agn undervandskameraobservationer over to år og tusinder af dykdykker over en periode på årtier. Næsten halvdelen af de arter, der er påvist gennem miljø-DNA, kunne slet ikke findes ved hjælp af traditionelle metoder. Og selvom eDNA kunne registrere tilstedeværelsen af nogle hajer i ca. 90 procent af prøverne, kunne undervands kameraer kun klare lidt over 50 procent og dykke omkring 15 procent.
Ny Kaledonien: kun 22 eDNA-vandprøver (røde stjerner) opdagede flere hajer end adskillige kameraoptagelser (blå) eller dykkedykker (grøn). (Boussarie & Bakker et al (2018)) Interessant nok overgik eDNA de andre metoder i både uberørte og påvirkede områder. En række hajearter blev påvist, selv i travle, støjende og udtømmede områder, hvor de blev antaget at være udryddet. Dette antyder, at en vis ”mørk mangfoldighed” stadig kan være til stede i form af resterende individer og grupper, der kræver beskyttelse. Tilsvarende kan eDNA hjælpe ved at afsløre forekomsten af nyetablerede, fremmede arter, der udvider deres rækkevidde. Alt dette er gode nyheder for alle, og det er derfor.
I betragtning af hastigheden og effektiviteten af eDNA-prøveudtagning kan en meget større del af havet screenes på kortere tid for at samle et overblik over mønstre af mangfoldighed på tværs af store områder og levesteder, langs forskellige miljøgradienter og til forskellige tidspunkter. Potentielt kunne vi hurtigt bygge kort over artsdiversiteten og bruge dem til at skabe forudsigelige modeller og identificere de faktorer, der påvirker mangfoldigheden, mens der udvikles metoder til at forbedre det kvantitative aspekt af eDNA-påvisning, også hos andre karismatiske arter. Alt dette vil være til stor hjælp for dem, der skal udtænke planer for at beskytte vigtige levesteder og økosystemer.
Miljø-DNA-videnskab udvikler sig stadig hurtigt. Databaserne, som vi bruger til at matche de ukendte sekvenser hentet fra havet, skal beriges med nye DNA-referencer for mange eksisterende arter - hver e-DNA-undersøgelse, der hidtil har fundet, har registreret store mængder sekvenser, der ikke kunne matches med nogen henvisning. En betydelig del af disse hører til organismer, som endnu ikke er beskrevet af forskere.
De "tilgængelige DNA-prober" skal i øjeblikket blive længere, da korte sekvenser undertiden ikke kan skelne tæt beslægtede arter. For eksempel delte blacktip-hajen nogle identiske sekvenser med den grå revhaj langs den DNA-strækning, der blev brugt i vores undersøgelse. Ikke desto mindre antyder alle de indledende indikationer, at denne tilgang kan få os et skridt tættere på at forstå og bedre styre det største økosystem på Jorden.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Stefano Mariani, formand for konserveringsgenetik, University of Salford
Judith Bakker, forskningsstipendiat, miljø & livsvidenskab, University of Salford
