DNA aus der Luft könnte unsere Fähigkeit zur Überwachung der biologischen Vielfalt von Tieren revolutionieren

Zwei unabhängige Forschungsgruppen erkennen die Anwesenheit von Tieren durch Sammeln DNA aus der Luft.

Zwei neue Studien heute (6. Januar 2022) in der Zeitschrift veröffentlicht Aktuelle Biologie zeigen, dass aus der Luft gewonnene Umwelt-DNA (eDNA) zum Nachweis einer Vielzahl von Tierarten verwendet werden kann und einen neuartigen, nicht-invasiven Ansatz zur Überwachung der Biodiversität bietet.

Die Ergebnisse wurden von zwei unabhängigen Forschergruppen erstellt, von denen eine in Dänemark, die andere im Vereinigten Königreich und in Kanada ansässig ist. Beide Forschungsgruppen wollten testen, ob luftgetragene eDNA zum Nachweis terrestrischer Tierarten verwendet werden könnte. Dazu sammelten die Forschungsteams Luftproben aus zwei europäischen Zoos, dem Hamerton Zoo Park, Großbritannien, und dem Kopenhagener Zoo, Dänemark.

Die britische Studie wurde von Assistenzprofessorin Elizabeth Clare von der York University, Kanada, geleitet, die damals Dozentin an der Queen Mary University of London war, während die dänische Studie von Associate Professor Kristine Bohmann vom Globe Institute der Universität Kopenhagen geleitet wurde.

Jedes Team verwendete eine andere Methode zum Filtern von luftgetragener eDNA, aber beiden gelang es, das Vorhandensein zahlreicher Tierarten innerhalb und außerhalb der beiden Zoos zu entdecken.

Das Team von Bohmann sammelte Luftproben mit drei verschiedenen Luftprobenahmegeräten; ein handelsüblicher wasserbasierter staubsauger und zwei gebläse mit angebauten filtern – der kleinste dieser beiden hatte die größe eines golfballs. Sie sammelten Luftproben an drei Orten: dem Okapi-Stall, dem Regenwaldhaus und draußen zwischen den Außengehegen.

Clares Team verwendete empfindliche Filter, die an Vakuumpumpen angebracht waren, um mehr als 70 Luftproben von verschiedenen Orten im Zoo zu sammeln, sowohl innerhalb der Schlafbereiche der Tiere als auch außerhalb der allgemeinen Zooumgebung.

Die Ergebnisse beider Studien übertrafen ihre Erwartungen.

„Bei der Analyse der gesammelten Proben konnten wir DNA von 25 verschiedenen Tierarten wie Tiger, Lemuren und Dingos identifizieren, von denen 17 bekannte Zoo-Arten waren. Wir konnten sogar eDNA von Tieren sammeln, die Hunderte von Metern von unserem Testort entfernt waren, ohne dass die Konzentration signifikant abnahm, und sogar von außerhalb versiegelter Gebäude. Die Tiere waren drinnen, aber ihre DNA war entwichen“, sagt Clare.

„Wir waren erstaunt, als wir die Ergebnisse sahen“, sagt Bohmann. „In nur 40 Proben haben wir 49 Arten nachgewiesen, darunter Säugetiere, Vögel, Amphibien, Reptilien und Fische. Im Regenwaldhaus haben wir sogar die Guppys im Teich, das Zweizehenfaultier und die Boa entdeckt. Bei der Luftprobenahme an nur einem Außengelände haben wir viele Tiere mit Zugang zu einem Außengehege in diesem Teil des Zoos entdeckt, zum Beispiel Keas, Strauße und Nashörner.“

Viele der entdeckten Arten wurden in den Zoos gehalten, aber bemerkenswerterweise entdeckten beide Teams auch Arten aus der Umgebung des Zoos. Der in Großbritannien vom Aussterben bedrohte Eurasische Igel wurde außerhalb des Hamerton Zoo, Großbritannien, entdeckt, während die Wassermaus und das Eichhörnchen rund um den Kopenhagener Zoo entdeckt wurden. Beide Teams nahmen auch das Vorhandensein von Nahrungsmitteln für Zootiere wie Hühner, Kühe, Pferde und Fische auf. Das breite Spektrum an nachgewiesenen Arten zeigt das Potenzial der luftgetragenen eDNA zum Nachweis und zur Überwachung von Landtierarten in freier Wildbahn. Dies würde letztendlich die weltweiten Naturschutzbemühungen unterstützen.

„Der nicht-invasive Charakter dieses Ansatzes macht ihn besonders wertvoll für die Beobachtung gefährdeter oder gefährdeter Arten sowie von Arten in schwer zugänglichen Umgebungen wie Höhlen und Höhlen die Gegend, wenn wir Spuren ihrer DNA buchstäblich aus dem Nichts aufspüren können“, sagt Clare. „Luftproben könnten das terrestrische Biomonitoring revolutionieren und neue Möglichkeiten bieten, die Zusammensetzung von Tiergemeinschaften zu verfolgen sowie das Eindringen nicht einheimischer Arten zu erkennen.“

eDNA-Luftprobenahme

Associate Prof. Kristine Bohmann von der Universität Kopenhagen sammelt Luftproben. Bildnachweis: Christian Bendix

Lebende Organismen geben DNA an ihre Umgebung ab, wenn sie mit ihnen interagieren, und in den letzten Jahren hat sich eDNA zu einem wichtigen Werkzeug für den Artennachweis in einer Vielzahl von Lebensräumen entwickelt. Beispielsweise wird die eDNA-Analyse von Wasserproben routinemäßig verwendet, um Arten in aquatischen Umgebungen zu kartieren. Während jedoch alles an Land von Luft umgeben ist, wurde erst jetzt luftgetragene eDNA für die Tierüberwachung erforscht.

Eines der wichtigsten Dinge bei der Demonstration eines neuartigen eDNA-Probentyps besteht darin, sicherzustellen, dass die Ergebnisse zuverlässig sind, da eDNA-Analysen sehr empfindlich und anfällig für Kontaminationen sind.

„Luft ist ein schwierig zu verarbeitendes Substrat, da Luft alles umgibt, was bedeutet, dass das Kontaminationsrisiko hoch ist. Wir wollten sicherstellen, dass die von uns nachgewiesenen Arten aus dem Zoo stammen und nicht beispielsweise aus dem Labor. Um sicherzustellen, dass im Labor keine verunreinigende DNA in der Luft schwebt, haben wir Luftproben aus dem Labor entnommen und auch diese sequenziert“, sagt Dr. Christina Lynggaard, die Teil des dänischen Teams ist.

Für diese frühen Studien ist es wichtig, die Arbeit replizieren zu können. Die Teams wussten bis zum Abschluss der Studien nichts von der Arbeit des anderen, waren aber von der Parallelität der Experimente begeistert. Clare und Bohmann sind sich einig, dass der unabhängige Nachweis von zwei Forschungsteams, dass eDNA aus der Luft zur Überwachung einer Reihe von Tierarten verwendet werden kann, die Stärke ihrer Arbeit erheblich verbessert und das Potenzial der Technik deutlich zeigt.

„Wir hätten nicht gedacht, dass das Aufsaugen tierischer DNA aus der Luft funktionieren würde“, fügt Bohmann hinzu. Offensichtlich ist der Himmel nicht die Grenze.“

Die Verwendung von luftgetragenen eDNA-Probennahmen in natürlichen Umgebungen erfordert weitere Forschung, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, aber beide Forschungsteams glauben, dass dies die Art und Weise verändern könnte, wie Forscher die Artenvielfalt von Tieren untersuchen und überwachen.

Verweise:

„Measuring Biodiversity from DNA in the air AND Airborne Umwelt-DNA für die Überwachung von terrestrischen Wirbeltiergemeinschaften“ von Elizabeth L. Clare, Chloe K. Economou, Frances J. Bennett, Caitlin E. Dyer, Katherine Adams, Benjamin McRobie, Rosie Drinkwater und Joanne E Littlefair, 6. Januar 2022, Aktuelle Biologie.
DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064

„Airborne Environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring“ von Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen und Kristine Bohmann, 6. Januar 2022, Aktuelle Biologie.
DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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