Stellen Sie sich vor, Sie studieren Tiere, ohne sie zu sehen. Klingt das lächerlich? Für Leute wie uns, die sich zum ersten Mal für Biologie interessiert haben, weil wir Tiere lieben und sie gerne studieren, klingt das nach einem schlechten Geschäft. Wenn Sie sich jedoch überlegen, was Forensiker tun, wenn sie an einem Tatort nach DNA-Beweisen suchen, oder was Ärzte tun, wenn sie einen Erreger im Blut eines Patienten entdecken, dann ist es genau das: Sie erkennen Lebensformen, ohne sie zu sehen.
Verwandte Inhalte
- Die wahre Wissenschaft hinter dem Megalodon
DNA ist die Blaupause des Lebens. Es ist in praktisch jedem Organismus auf der Erde vorhanden, und wir untersuchen es gewöhnlich, indem wir es aus einem Stück Gewebe oder einer Blutprobe extrahieren. Aber DNA ist wirklich überall: Tiere werfen sie ständig ab, wenn sie sich kratzen, wenn sie Urin, Eier, Speichel, Exkremente abgeben und natürlich, wenn sie sterben. Jede Umgebung, von Ihrem Bett bis zu den tiefsten Stellen der Ozeane, ist voll von „biologischem Staub“, hauptsächlich Zellmaterial, das die DNA der Organismen enthält, die es zurückgelassen haben. Dies nennen wir „Umwelt-DNA“ oder eDNA.
Mithilfe immer schnellerer, genauerer und erschwinglicherer Technologien haben Wissenschaftler in den letzten Jahren damit begonnen, diese DNA-Spuren aus vielen Umgebungen zu sequenzieren. Dieser „Mikro“ -Ansatz hat sich sogar für Wissenschaftler als nützlich erwiesen, die Umgebungen untersuchen, die so groß sind wie die Ozeane.
Judith schwimmt mit einem Hammerkopf auf den Bahamas: Haie sind schwer zu beobachten und zu verfolgen, da der Ozean so groß ist. (Nicolo Roccatagliata, Verfasser angegeben) Viele Meerestiere sind groß, selten, schwer fassbar und sehr beweglich. Haie sind ein naheliegendes Beispiel: In den Ozeanen machen sie einen kleinen Teil der Biomasse aus, die meisten sind ziemlich schwer zu fangen und sie stehen in Konflikt mit Menschen, seit wir uns auf See wagen. Mit wenigen Ausnahmen meiden sie uns, und durch uns sind viele vom Aussterben bedroht.
Aus diesem Grund hielten wir es für interessant zu sehen, ob wir durch Probennahme einiger Flaschen Meerwasser (und der darin enthaltenen DNA-Fragmente) die Anwesenheit und Verteilung von Haien schnell erfassen können, ohne wilde Verfolgungsjagden zu unternehmen oder Zeit und Ressourcen einzusetzen. intensive Haifischfangmethoden. Wir waren froh herauszufinden, dass dies tatsächlich möglich war und dass verschiedene Arten in verschiedenen geografischen Regionen nachgewiesen werden konnten, obwohl die vom Menschen stärker betroffenen Gebiete kaum Haie aufweisen würden.
Stefano Probenahme in Belize (Judith Bakker, Autor zur Verfügung gestellt) Das wahre Maß für die Effizienz dieses eDNA-Ansatzes zur Überwachung von Haien ließe sich jedoch nur im Gegensatz zu etablierten und bewährten Methoden wie visuellen Tauchzählungen oder Unterwasserkameraaufzeichnungen ermitteln.
Dies war der Schwerpunkt unserer jüngsten Studie, die mit Kollegen aus dem südpazifischen Archipel Neukaledonien, Frankreich, Australien und den USA durchgeführt und jetzt in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde . Die Ergebnisse waren sehr aufregend: 22 Wasserproben, die über ein paar Wochen gesammelt wurden, ergaben über zwei Jahre mehr Haie als Hunderte von Unterwasserkamera-Beobachtungen und über einen Zeitraum von Jahrzehnten Tausende von Tauchgängen. Fast die Hälfte der durch Umwelt-DNA nachgewiesenen Arten konnte mit herkömmlichen Methoden überhaupt nicht gefunden werden. Und während eDNA in etwa 90 Prozent der Proben das Vorhandensein einiger Haie nachweisen konnte, schafften Unterwasserkameras nur etwas mehr als 50 Prozent und das Tauchen etwa 15 Prozent.
Neukaledonien: Nur 22 eDNA-Wasserproben (rote Sterne) ermittelten mehr Haie als zahlreiche Kameraaufnahmen (blau) oder Tauchgänge (grün). (Boussarie & Bakker et al. (2018)) Interessanterweise übertraf eDNA die anderen Methoden sowohl in unberührten als auch in betroffenen Gebieten. Eine Reihe von Haiarten wurde sogar in belebten, lauten und verarmten Gebieten entdeckt, in denen sie als ausgerottet galten. Dies deutet darauf hin, dass möglicherweise noch eine gewisse „dunkle Vielfalt“ in Form von verbleibenden Personen und Gruppen vorhanden ist, die Schutz benötigen. Ebenso kann eDNA helfen, indem es das Auftreten neu etablierter, gebietsfremder Arten aufdeckt, die ihr Verbreitungsgebiet erweitern. All dies ist eine gute Nachricht für alle, und deshalb.
Angesichts der Geschwindigkeit und Effizienz der eDNA-Probenahme kann ein viel größerer Teil des Meeres in kürzerer Zeit gescreent werden, um einen Überblick über die Diversitätsmuster über große Gebiete und Lebensräume hinweg, entlang verschiedener Umweltgradienten und zu verschiedenen Zeiten zu erhalten. Möglicherweise könnten wir schnell Karten der Artenvielfalt erstellen und diese zur Erstellung von Vorhersagemodellen und zur Identifizierung der Faktoren verwenden, die die Vielfalt beeinflussen. Gleichzeitig werden Methoden entwickelt, um den quantitativen Aspekt der eDNA-Detektion auch bei anderen charismatischen Arten zu verbessern. All dies ist eine große Hilfe für diejenigen, die Pläne zum Schutz wichtiger Lebensräume und Ökosysteme aufstellen müssen.
Die Umwelt-DNA-Wissenschaft entwickelt sich immer noch rasant. Die Datenbanken, die wir verwenden, um die unbekannten Sequenzen aus dem Meer abzugleichen, müssen mit neuen DNA-Referenzen vieler existierender Spezies angereichert werden - jede bisherige Multispezies-eDNA-Studie hat große Mengen von Sequenzen entdeckt, die mit keiner Referenz verglichen werden konnten. Ein erheblicher Anteil davon gehört zu Organismen, die von Wissenschaftlern noch beschrieben werden müssen.
Die derzeit verfügbaren „DNA-Sonden“ müssen länger werden, da kurze Sequenzen manchmal eng verwandte Arten nicht unterscheiden können. Beispielsweise teilte der Schwarzspitzenhai einige identische Sequenzen mit dem grauen Riffhai entlang der in unserer Studie verwendeten DNA-Strecke. Dennoch deuten alle ersten Anzeichen darauf hin, dass wir mit diesem Ansatz dem Verständnis und der besseren Bewirtschaftung des größten Ökosystems der Erde einen Schritt näher kommen können.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Stefano Mariani, Lehrstuhl für Konservierungsgenetik, Universität Salford
Judith Bakker, Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Environment & Life Sciences, Universität Salford
