Herauszufinden, welche Arten in einem Ökosystem leben und welche selten sind oder sich nur gut verstecken können, ist eine wesentliche Möglichkeit, sie zu verstehen und für sie zu sorgen. Bisher war es sehr arbeitsintensiv.
Aber jetzt können wir es anders machen. Nehmen Sie eine Probe aus dem Meer und vergleichen Sie winzige DNA-Spuren im Wasser mit den dort lebenden Arten.
Das ist keine Science-Fiction, sondern eine DNA-Probenahme aus der Umwelt. Dieser Ansatz öffnet die Tür für eine schnelle und umfassende Artenerkennung. Sie können feststellen, ob Schädlingsarten eingetroffen sind, feststellen, ob eine schwer zu findende gefährdete Art noch vorhanden ist, und die Gesundheit des Ökosystems beurteilen.
Da eDNA-Tests noch neu sind, gibt es Fragen zu ihren Stärken und Schwächen und wie sie am besten eingesetzt werden können. Wir können zum Beispiel feststellen, ob äußerst seltener Süßwasser-Sägefisch gibt es in einem Fluss im Northern Territory – aber nicht, wie viele einzelne Fische es gibt.
Heute CSIRO eine Roadmap veröffentlicht Erstellt durch Beratung mit vielen Experten, um zu zeigen, wie eDNA-Technologien am besten in die Meeresüberwachung im großen Maßstab integriert werden können – und was die Zukunft bringt.
Wie funktioniert die eDNA-Probenahme?
Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist ein ganz besonderes Molekül. Es fungiert als Code für alles Leben auf der Erde und enthält die zellulären Anweisungen, um alles vom Käfer bis zum Menschen zu erschaffen. Da die DNA für jede Art einzigartig ist, ähnelt sie einem Produktbarcode in einem Supermarkt.
Im Laufe ihres Lebens geben Tiere und Pflanzen Fragmente ihrer DNA durch abgestorbene Haut, Haare, Speichel, Kot, Blätter oder Pollen an ihre Umgebung ab. Diese Spuren bilden die Umwelt-DNA. Es gibt genug DNA im Wasser und sogar in der Luft, um Arten zu unterscheiden.
Die wahre Stärke der eDNA-Probenahme liegt darin, wie weit sie reicht. Mit einer Probe können wir alles Lebendige nachweisen, von Bakterien bis zu Walen, und in potenziell jeder Umgebung, in der es Leben gibt, von der Tiefsee bis zu unterirdischen Höhlen.
Wichtig ist, dass Wissenschaftler mit dieser Methode Arten erkennen können, auch wenn wir sie nicht sehen oder fangen können. Dies ist praktisch, wenn Sie mit seltenen oder sehr kleinen Arten arbeiten oder in Umgebungen wie trübem Wasser arbeiten, in denen es unmöglich ist, sie zu sehen oder zu fangen. Es wird beispielsweise die Untersuchung stark gefährdeter Seenadeln in Flussmündungen erleichtern.
Bisher konzentrierte sich ein Großteil der eDNA-Forschung auf den Nachweis von Arten im Wasser, da es relativ einfach ist, eDNA aus Flüssigkeiten zu sammeln, zu konzentrieren und zu extrahieren. Aber wir wissen jetzt, dass wir Artenlisten basierend auf der eDNA im Boden, im Kot, im Honig oder sogar in der Luft erstellen können.
Wie messen Wissenschaftler eigentlich eDNA?
Normalerweise sammeln Sie Proben, führen molekulare Analysen durch und interpretieren die Ergebnisse.
Sammeln Sie Proben: Wissenschaftler sammeln eine Probe aus der Umwelt. Dies kann Wasser, Boden oder praktisch jedes Umweltsubstrat sein, das eDNA enthalten könnte. Anschließend verarbeiten wir die Probe, um die DNA zu konzentrieren und zu stabilisieren. Sie könnten zwei Liter Wasser mit einem Eimer auffangen, es filtern und dann die eDNA, die den Filter bedeckt, einfrieren oder chemisch stabilisieren.
Molekulare Analyse: Der erste Schritt im Labor besteht darin, DNA aus einer Probe zu reinigen. Der nächste Schritt hängt von Ihrem Ziel ab. Wenn Sie eine einzelne Spezies nachweisen möchten, verwenden Sie im Allgemeinen eine Technik namens quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), ähnlich wie Sie auf COVID testen.
Aber um ganze Artengemeinschaften zu erkennen, muss man sie nutzen Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung. Während der Nachweis einer einzelnen Art mit eDNA nur wenige Tage dauert, kann die vollständige Laborarbeit für Artengemeinschaften Wochen bis Monate dauern. Am Ende gelangt man zu einer langen Liste von Tausenden oder sogar Millionen von DNA-Barcode-Sequenzen.
Ergebnisse interpretieren: Die Interpretation einzelner Arten ist einfach. War DNA Ihrer interessierenden Spezies vorhanden oder nicht? Aber wenn das Ziel darin besteht, mehrere Arten zu identifizieren, verwenden Wissenschaftler DNA-Referenzbibliotheken um die in der Probe nachgewiesenen DNA-Barcodes wieder einzelnen Arten zuzuordnen.
Das funktioniert gut – aber nur, wenn die Arten bereits in diesen Bibliotheken aufgeführt sind. Wenn nicht, können Sie es mit eDNA-Methoden nicht erkennen. Das bedeutet, dass eDNA nicht zur Erkennung neuer oder nur aus Fotos und Videos bekannter Arten verwendet werden kann.
Warum ist eDNA wichtig? Schauen Sie sich Meeresparks an
Australien verfügt über eines der weltweit größten und artenreichsten Netzwerke von Meeresparks. Doch da das Leben im Meer durch Klimawandel, Überfischung und Plastikverschmutzung bedroht ist, ist es sicher, dass die Ozeane der Zukunft ganz anders aussehen werden als die heutigen.
Die Messung der Auswirkungen zur Unterstützung evidenzbasierter Entscheidungen in einem so riesigen, vielfältigen und abgelegenen Gebiet stellt Herausforderungen dar, die mit herkömmlichen praktischen Erhebungsmethoden wie Tauchen, Video oder Schleppnetzfischerei nur schwer zu lösen sind.
Hier können eDNA-Methoden helfen, denn sie bieten eine leistungsstarke, zerstörungsfreie, kostengünstige und schnelle Form der Überwachung, die andere Techniken ergänzen kann.
Mit eDNA können wir die Überwachung für bestimmte Zwecke optimieren, beispielsweise für die Erkennung von Schädlingen, gefährdeten oder gefährlichen Arten.
Das ist erst der Anfang. Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der eDNA-Daten von autonomen Fahrzeugen aus den entlegensten Ozeanen gesammelt, von der Drohne oder an Bord eines Forschungsschiffs analysiert und mit anderen Überwachungsdaten integriert werden könnten, sodass Meeresmanager und die Öffentlichkeit nahezu in Echtzeit Daten darüber sehen können Zustand des Ozeans.
Science-Fiction? Nicht länger.
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