Wie forensische Ermittler können Wissenschaftler molekulare Techniken verwenden, um Hinweise auf antarktischen Krill in Meerwasserproben zu finden, die im Südpolarmeer gesammelt wurden. Die revolutionäre Technologie kann antarktische Krill-DNA in der Buchstabensuppe von DNA-Molekülen identifizieren, die von zahlreichen anderen Meereslebewesen, einschließlich Bakterien, anderen Krillarten und Walen, ausgeschieden werden.
Jetzt kann zum ersten Mal eine neue molekulare Spürmethode identifizieren, wann antarktischer Krill seine DNA-Probe an einem „Tatort“ hinterlassen hat.
Die von Dr. Leonie Suter, „Environmental DNA“-Analystin der australischen Antarktisabteilung, geleitete Studie verspricht Einblicke in die von Krill bevorzugten Meereslebensräume, einschließlich Tiefsee- und Untereislebensräume, die mit anderen Methoden nur schwer zu untersuchen sind.
„Es gibt viele Gebiete im Südpolarmeer, in denen wir praktisch blind sind, wenn es darum geht, Krill zu entdecken“, sagte Dr. Suter. „Die neue Technologie, die wir entwickelt haben, ermöglicht es uns abzuschätzen, ob die DNA, die von Krill, der sich durch das Wasser bewegt, abgestoßen wurde, vor kurzem abgestoßen wurde, oder ob sie älter ist. In der Lage zu sein, diese abgestoßenen DNA-Fragmente zu erkennen, wird es uns ermöglichen, an Orten zu suchen, an denen wir ‚ Ich konnte noch nie zuvor nachsehen. Dies könnte uns helfen zu verstehen, wie Krill diese Lebensräume nutzt, und zu genaueren Abundanz- und Verbreitungsschätzungen beitragen, die für das Fischereimanagement verwendet werden.
Fragmente finden
Die Technologie beruht auf der Tatsache, dass lange DNA-Stränge in den Zellen aller Organismen beginnen, sich zu zersetzen oder in kleinere Stücke zu fragmentieren, wenn die Zellen sterben und die DNA in die Umwelt freigesetzt wird. Bei Krill schließt dies ein, wann sie sich entleeren und wann sie „mausern“ und ihr hartes Exoskelett abwerfen.
„Kürzlich vergossene DNA kommt als längere Fragmente vor, während ältere DNA in kleinere Fragmente zerfallen ist“, sagte Dr. Suter.
Um dies auszunutzen, entwickelte das Team molekulare Marker, mit denen sie feststellen konnten, ob Wasserproben mehr von den längeren „jungen“ Fragmenten oder den kürzeren „alten“ Fragmenten enthielten.
Das Verhältnis von kurzen zu langen Fragmenten in jeder Wasserprobe zeigte an, ob die DNA kürzlich abgegeben wurde oder nicht.
„Wenn wir zum Beispiel eine kleine Wasserprobe vom Meeresboden nehmen, können wir mit dieser neuen molekularen Methode das Vorhandensein von Krill anhand winziger DNA-Spuren nachweisen, die sie hinterlassen“, sagte Dr. Suter. „Wenn wir viele lange DNA-Fragmente entdecken, könnten wir sagen, dass Krill diesen Lebensraum in der Tiefsee wahrscheinlich vor kurzem genutzt hat. Wenn wir mehr kurze Fragmente finden, dann ist es wahrscheinlich, dass dieses Material schon eine Weile herumschwimmt und möglicherweise von woanders kommen, einschließlich der Oberfläche.“
Management der Krillfischerei
Dr. Suter sagte, dass die Methode das Management der Krillfischerei unterstützen könnte, indem sie es Wissenschaftlern ermöglicht, die Häufigkeit und Verteilung von Krill in neuen Lebensräumen zu messen, die für herkömmliche Messtechnologien auf Schiffen schwer zugänglich sind.
„Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass Krill die Tiefsee als alternativen Lebensraum zur Oberfläche nutzt – wo sie sich von Phytoplankton ernähren. Aber es ist schwierig, den Meeresboden mit akustischen Instrumenten und Schleppnetzen zu überwachen, da sie normalerweise auf einen Bereich um das Schiff herum beschränkt sind. “ Sie erklärte.
„Um die Krillfischerei effektiv zu managen, müssen wir wissen, wie reichlich Krill vorhanden ist. Aber wenn Sie Krill immer nur an der Oberfläche messen, könnten Sie einen erheblichen Teil der Tiere in tiefen Gewässern übersehen, sodass Schätzungen des Vorkommens nicht genau sind.“
Aquarium in die Antarktis
Das Team entwickelte die Technik in Laborexperimenten im Krill-Aquarium der Australian Antarctic Division, bevor es sie an Meerwasserproben testete, die während einer Versorgungsreise in die Antarktis gesammelt wurden.
Das Team wird nun seine DNA-Methode mit anderen Krill-Untersuchungsmethoden vergleichen, einschließlich Akustik und Schleppnetzen.
„Während einer großen Krill-Untersuchung vor der Ostantarktis im Jahr 2021 reisten wir durch Krillschwärme und sammelten Wasserproben zwischen der Oberfläche und dem Meeresboden. Wir haben die Schwärme auch mit den akustischen Instrumenten des Schiffes, Schleppnetzen und visuellen Sichtungen verfolgt und gemessen“, sagte Dr. bemerkte Suter.
„Es wird interessant sein, unsere DNA-Marker auf den Wasserproben zu verwenden, um zu sehen, wie die Ergebnisse die mit den anderen Methoden gesammelten Daten ergänzen. Können wir direkte Vergleiche anstellen? Ich bin wirklich begeistert von dem Potenzial dafür.“
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Umwelt-DNA.
Mehr Informationen:
Leonie Suter et al, Environmental DNA of Antarctic krill ( Euphausia superba ): Die Messung der DNA-Fragmentierung fügt quantitativen Erhebungen einen zeitlichen Aspekt hinzu, Umwelt-DNA (2023). DOI: 10.1002/edn3.394
Bereitgestellt vom australischen Antarktisprogramm