Stel je voor dat je dieren bestudeert zonder ze te zien. Klinkt dat belachelijk? Voor mensen zoals wij, die voor het eerst geïnteresseerd raakten in biologie omdat we van dieren houden en ze graag bestuderen, ja, het klinkt als een slechte deal. Maar als je nadenkt over wat forensische onderzoekers doen wanneer ze DNA-bewijs zoeken op een plaats delict, of wat artsen doen wanneer ze een ziekteverwekker in het bloed van een patiënt detecteren, is het precies dat: ze detecteren levensvormen zonder ze te zien.
gerelateerde inhoud
- De echte wetenschap achter de Megalodon
DNA is de blauwe print van het leven. Het is aanwezig in vrijwel elk organisme op aarde, en we bestuderen het meestal door het uit een stuk weefsel of een bloedmonster te extraheren. Maar DNA is echt overal: dieren werpen het voortdurend af, wanneer ze zichzelf krabben, wanneer ze urine, eieren, speeksel, uitwerpselen loslaten en, natuurlijk, wanneer ze sterven. Elke omgeving, van je bed tot de diepste uitsparingen van de oceanen, zit vol met "biologisch stof", meestal cellulair materiaal, dat het DNA bevat van de organismen die het hebben achtergelaten. Dit noemen we 'omgevings-DNA' of eDNA.
Bijgestaan door steeds snellere, nauwkeurige en betaalbare technologie, zijn wetenschappers in de afgelopen jaren begonnen dit trace-DNA uit vele omgevingen te sequencen. En deze "micro" -benadering is zelfs nuttig gebleken voor wetenschappers die omgevingen zo groot als de oceanen onderzoeken.
Judith zwemt met een hamerhaai in de Bahama's: haaien zijn moeilijk te volgen en te volgen omdat de oceaan zo uitgestrekt is. (Nicolo Roccatagliata, auteur verstrekt) Veel zeedieren zijn groot, zeldzaam, ongrijpbaar en zeer mobiel. Haaien zijn een duidelijk voorbeeld: in de oceanen vormen ze een klein deel van de biomassa, de meeste zijn vrij moeilijk te vangen en ze zijn in conflict met mensen sinds we op zee zijn begonnen. Op enkele uitzonderingen na, vermijden ze ons en door ons zijn velen met uitsterven bedreigd.
Daarom dachten we dat het interessant zou zijn om te zien of we, door slechts enkele flessen oceaanwater (en de DNA-fragmenten daarin) te bemonsteren, de aanwezigheid en verspreiding van haaien snel in kaart konden brengen, zonder wild te jagen of tijd en middelen in te zetten- intensieve methoden om met haaien te vissen. We waren blij om te ontdekken dat dit inderdaad mogelijk was, en dat verschillende soorten konden worden gedetecteerd in verschillende geografische regio's, hoewel de gebieden die meer door mensen waren getroffen, nauwelijks aanwezigheid van haaien zouden vertonen.
Stefano sampling in Belize (Judith Bakker, auteur verstrekt) Maar de echte maat voor de efficiëntie van deze eDNA-benadering voor het monitoren van haaien zou alleen worden onthuld in tegenstelling tot gevestigde, beproefde en geteste methodologieën, zoals visuele tellingen van scuba-duiken of opnames van onderwatercamera's.
Dit was de focus van onze meest recente studie, uitgevoerd met collega's in de Zuid-Pacifische archipel van Nieuw-Caledonië, Frankrijk, Australië en de VS, en nu gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances . De resultaten waren zeer opwindend: 22 watermonsters verzameld gedurende een paar weken ontdekten meer haaien dan honderden aascamera-observaties gedurende twee jaar, en duizenden duiken gedurende een periode van tientallen jaren. Bijna de helft van de soorten die via omgevings-DNA zijn gedetecteerd, kon met traditionele methoden helemaal niet worden gevonden. En hoewel eDNA de aanwezigheid van sommige haaien in ongeveer 90 procent van de monsters kon detecteren, konden onderwatercamera's slechts iets meer dan 50 procent aan en duiken ongeveer 15 procent.
Nieuw-Caledonië: slechts 22 eDNA-watermonsters (rode sterren) hebben meer haaien gedetecteerd dan talloze camera-opnamen (blauw) of scuba-duiken (groen). (Boussarie & Bakker et al (2018)) Interessant is dat eDNA beter presteerde dan de andere methoden in zowel ongerepte als getroffen gebieden. Een reeks haaiensoorten werd zelfs ontdekt in drukke, lawaaierige en uitgeputte gebieden, waar ze naar verluidt werden uitgeroeid. Dit suggereert dat enige 'donkere diversiteit' nog steeds aanwezig kan zijn, in de vorm van overblijvende individuen en groepen die bescherming behoeven. Evenzo kan eDNA helpen door het uiterlijk van nieuw gevestigde, uitheemse soorten te onthullen die hun bereik uitbreiden. Dit is allemaal goed nieuws voor iedereen, en dit is waarom.
Gezien de snelheid en efficiëntie van eDNA-bemonstering, kan een veel groter deel van de zee in kortere tijd worden gescreend om een overzicht te krijgen van de diversiteitspatronen in grote gebieden en habitats, langs verschillende omgevingsgradiënten en op verschillende tijdstippen. Potentieel kunnen we snel kaarten van soortendiversiteit maken en deze gebruiken om voorspellende modellen te maken en de factoren te identificeren die diversiteit beïnvloeden, terwijl er methoden worden ontwikkeld om het kwantitatieve aspect van eDNA-detectie te verbeteren, ook bij andere charismatische soorten. Dit alles zal een grote hulp zijn voor diegenen die plannen moeten bedenken om cruciale habitats en ecosystemen te beschermen.
De DNA-wetenschap op milieugebied ontwikkelt zich nog steeds snel. De databases die we gebruiken om de onbekende sequenties uit de zee te matchen, moeten worden verrijkt met nieuwe DNA-referenties van veel bestaande soorten - elk eDNA-onderzoek met meerdere soorten tot nu toe heeft grote hoeveelheden sequenties gedetecteerd die niet konden worden vergeleken met een referentie. Een aanzienlijk deel hiervan behoort tot organismen die nog door wetenschappers moeten worden beschreven.
De "DNA-probes" die momenteel beschikbaar zijn, moeten langer worden, omdat korte sequenties soms niet in staat zijn om nauw verwante soorten te onderscheiden. Bijvoorbeeld, de blacktip shark deelde een aantal identieke sequenties met de grijze rifhaai langs het DNA-stuk dat in onze studie werd gebruikt. Niettemin suggereren alle eerste indicaties dat deze benadering ons een stap dichter bij het begrip en beter beheer van het grootste ecosysteem op aarde kan brengen.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Stefano Mariani, leerstoel Conservation Genetics, University of Salford
Judith Bakker, Research Fellow, Environment & Life Sciences, University of Salford
