El DNA Alam Sekitar (eDNA) sedang merevolusikan cara kita mengkaji ekosistem marinHasil daripada teknik ini, kini spesies yang telah melalui sesuatu kawasan dapat diketahui tanpa perlu melihat atau menangkapnya. Ia cukup untuk mengambil sampel air, mengekstrak bahan genetik yang terkandung di dalamnya, dan menganalisisnya dengan alat molekul yang sangat tepat.
Dalam kes lautan, eDNA telah menjadi alat canggih untuk memantau mamalia laut dan organisma marin yang lainterutamanya di kawasan yang sangat luas yang sukar untuk diambil sampel menggunakan kaedah tradisional. Daripada kempen antarabangsa yang besar hinggalah makmal yang mengkhusus dalam biodiversiti akuatik, semakin banyak projek bergantung pada teknologi ini untuk menambah baik pemuliharaan dan pengurusan persekitaran marin.
Apakah DNA persekitaran dan bagaimana ia diperoleh dari laut?
Apabila kita bercakap tentang eDNA, kita merujuk kepada DNA yang ditinggalkan oleh organisma di persekitaran melalui sel kulit, najis, lendir, serpihan tisu, sisik atau serpihan mikroskopik yang tumpah semasa berenang. Bahan genetik ini kekal di dalam air, tanah atau udara untuk seketika dan boleh dikumpulkan jika diambil sampel dengan betul.
Dalam ekosistem marin, prosedur yang paling biasa terdiri daripada kumpulkan beberapa liter air laut dan tapis untuk mengekalkan semua zarah biologi tersebut. Mikroorganisma seperti bakteria dan fitoplankton terperangkap dalam penapis, tetapi juga sejumlah kecil mikroorganisma lain. de pecesmamalia laut dan vertebrata marin lain yang kehadirannya sangat sukar dikesan dengan mata kasar sahaja.
Sebaik sahaja bahan berada di dalam penapis, proses bermula mengekstrak DNA di makmal dan menguatkannya menggunakan teknik biologi molekulseperti PCR dan pengekodan metabar. Kemudian, ia dijujukan dan dibandingkan dengan pangkalan data rujukan untuk mengenal pasti spesies mana yang dimiliki oleh setiap serpihan.
Pendekatan ini mempunyai satu akibat utama: Kualiti dan keluasan pangkalan data genetik menentukan spesies mana yang boleh dikesan.Jika urutan spesies tidak didaftarkan dalam pangkalan data tersebut, spesies tersebut tidak akan muncul dalam hasil carian, walaupun ia sebenarnya terdapat dalam ekosistem yang disampel.
Tambahan pula, eDNA mempunyai keistimewaannya sendiri dalam mentafsirkannya: Mencari DNA sesuatu spesies dalam sampel tidak selalunya bermaksud bahawa haiwan itu berada pada titik masa yang tepat.Arus laut boleh mengangkut bahan genetik, pencemaran silang boleh berlaku, malah kesan mangsa boleh ditemui dalam kandungan perut pemangsa. Oleh itu, adalah penting untuk menganalisis data eDNA dalam konteks oseanografi dan ekologinya.
Kelebihan eDNA berbanding kaedah persampelan tradisional
Analisis DNA alam sekitar telah mendapat tempat dalam kotak peralatan ekologi marin kerana ia menawarkan kelebihan yang sangat jelas berbanding kaedah persampelan klasik, seperti penangkapan ikan pukat tunda, banci visual atau penangkapan organisma secara langsung.
Salah satu kelebihan yang paling penting ialah ia merupakan metodologi bukan invasifTidak perlu menangkap, memanipulasi atau mencederakan organisma untuk mengetahui bahawa ia wujud atau telah wujud. Ini amat relevan terutamanya apabila bekerja dengan spesies yang dilindungi atau terancam, atau dengan haiwan besar seperti cetacea.
eDNA juga menyediakan yang hebat objektiviti dalam pengenalpastian spesiesWalaupun kaedah visual banyak bergantung pada pengalaman dan latihan pemerhati, pemberian urutan kepada spesies adalah berdasarkan perbandingan dengan pangkalan data genetik. Walaupun pangkalan data ini masih berkembang dan bertambah baik, proses ini mengurangkan bias yang berkaitan dengan kepakaran taksonomi.
Satu lagi kelebihan utama ialah keupayaannya untuk mengesan spesies yang jarang ditemui, samar atau sukar difahami yang tidak disedari dalam persampelan visual atau jaring ikan. Haiwan yang jarang muncul ke permukaan, yang sesat dari bot, atau yang bergerak di perairan dalam boleh meninggalkan kesan eDNA yang mencukupi untuk dikesan.
Akhirnya, eDNA memudahkan penerokaan persekitaran yang sukar dicapaiKaedah ini amat berguna terutamanya di kawasan yang jauh dari pantai, zon laut dalam atau habitat di mana kaedah tradisional akan mahal, berisiko atau tidak cekap. Dengan perancangan persampelan yang betul, kawasan yang sangat besar boleh diliputi dalam masa yang agak singkat dan pada kos yang sederhana, menjadikannya kaedah yang sangat berpotensi dan kos efektif untuk memantau persekitaran marin.
Satu kajian penting: memantau cetacea dengan eDNA di lautan terbuka
Sebuah karya yang dibangunkan oleh Institut Oseanografi Sepanyol (IEO, CSIC), bersama-sama dengan Institut Penyelidikan Maritim (IIM-CSIC)Kajian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Marine Environmental Research, telah menunjukkan dengan jelas potensi DNA persekitaran untuk mengkaji mamalia laut di lautan terbuka. Ia memberi tumpuan kepada perbandingan keputusan yang diperoleh dengan eDNA dengan banci visual tradisional.
Pasukan saintifik menganalisis persetujuan antara kedua-dua kaedah pada skala ruang yang berbezadari kawasan yang sangat luas hingga skala pertengahan dan lebih halus. Data menunjukkan bahawa eDNA sangat kukuh untuk menggambarkan kepelbagaian dan taburan cetacea apabila bekerja pada skala ruang pertengahan, dengan jelas melengkapi maklumat yang dikumpul oleh pemerhati di atas kapal.
Salah satu perkara yang paling menarik perhatian dalam kajian tersebut ialah eDNA memungkinkan untuk mengesan spesies yang tidak dilihat semasa kempen tersebutAntaranya ialah rekod orca, paus pandu bersirip panjang, dan paus berparuh True, spesies yang mudah tidak disedari dalam transek visual disebabkan oleh tingkah laku, kelimpahan yang rendah, atau corak menyelam.
Pada masa yang sama, corak taburan ruang yang diperoleh menggunakan eDNA sebahagian besarnya bertepatan dengan penampakan untuk Spesies cetacea yang lebih biasa, seperti ikan paus siripDi samping itu, analisis tersebut memberikan maklumat baharu tentang ikan lumba-lumba berjalur, spesies yang sering kurang diwakili dalam rekod visual disebabkan oleh dinamik kumpulan dan tingkah laku permukaannya.
Bukti ini mendorong pasukan yang diketuai oleh Miguel Álvarez sebagai sebahagian daripada tesis kedoktorannya, untuk mengetengahkan eDNA sebagai alat pelengkap utama untuk pemantauan cetaceaAplikasinya amat menarik untuk spesies yang jarang ditemui, sukar ditemui atau sukar dikesan, meningkatkan pengetahuan saintifik tentang kehadiran dan taburannya serta menyokong strategi pengurusan dan pemuliharaan yang lebih berkesan, seperti yang diketengahkan oleh penyelidik yang bertanggungjawab untuk kajian ini, Dr. Paula Suárez.
Kempen SCANS-IV: liputan angkasa lepas yang belum pernah terjadi sebelumnya
Penyelidikan oleh IEO dan IIM-CSIC telah dijalankan dalam rangka kerja Kempen Eropah SCANS-IVIni merupakan salah satu inisiatif terbesar yang dikhaskan untuk memantau mamalia marin di Atlantik Utara. Kempen ini bertujuan untuk mendapatkan anggaran yang boleh dipercayai tentang kelimpahan dan taburan mamalia marin ini di seluruh kawasan lautan yang luas.
Semasa SCANS-IV, perkara berikut telah dikumpulkan 258 sampel air di 129 stesen yang tersebar di kawasan lautan seluas 270.684 km²Ini menjadikan usaha ini sebagai salah satu liputan spatial terbesar yang dicapai setakat ini dalam kajian eDNA yang digunakan untuk cetacea. Setiap sampel diproses untuk mengekstrak dan menganalisis DNA persekitaran, yang kemudiannya dibandingkan dengan data penglihatan visual.
Jumlah data yang dikumpul membolehkan penilaian yang agak terperinci terhadap padanan antara corak yang diperhatikan oleh pemerhati dan corak yang didedahkan oleh eDNAPendekatan berbilang skala ini adalah penting untuk memahami sejauh mana kedua-dua kaedah saling melengkapi dan di mana setiap satu menambah nilai paling tinggi, baik pada skala kawasan yang luas mahupun pada peringkat tempatan.
Kerja tersebut dibiayai oleh Yayasan Biodiversiti melalui projek NuTEC (Teknologi molekul dan kawalan jauh baharu untuk penilaian populasi cetacea)Dana Generasi Akan Datang dari Kesatuan Eropah yang disalurkan melalui perjanjian antara Kementerian Pertanian, Perikanan dan Makanan dan CSIC, serta projek ESMARES 2, yang bertujuan untuk melaksanakan pemantauan Strategi Marin di Sepanyol melalui IEO dan dibiayai bersama oleh Dana Maritim, Perikanan dan Akuakultur Eropah (EMFF).
Keseluruhan rangkaian pembiayaan dan kerjasama institusi ini mengetengahkan kepentingan strategik eDNA untuk pengurusan lautan yang mampanmembantu memperkukuh tadbir urus antarabangsa dan memastikan laut dan lautan dilindungi, selamat dan bersih dalam menghadapi pencemaran plastik dan diuruskan daripada pengetahuan saintifik yang paling maju.
Keseluruhan rangkaian pembiayaan dan kerjasama institusi ini mengetengahkan kepentingan strategik eDNA untuk pengurusan lautan yang mampanmembantu memperkukuh tadbir urus antarabangsa dan memastikan laut dan lautan dilindungi, selamat dan persekitaran bersih diuruskan daripada pengetahuan saintifik yang paling canggih.
Aplikasi DNA persekitaran dalam ekosistem marin dan habitat lain
Walaupun mamalia laut merupakan contoh yang sangat menarik, DNA persekitaran mempunyai pelbagai aplikasi dalam pemantauan ekosistemMetodologi ini telah digunakan untuk persekitaran marin, air tawar dan daratan. Pelbagai makmal dan syarikat khusus telah membangunkan projek untuk memaksimumkan manfaatnya dalam konteks yang sangat berbeza.
Salah satu baris yang paling ampuh ialah penentuan biodiversiti dan pencirian komuniti biologiMelalui pengekodan metabar eDNA, sejenis "gambaran ringkas" spesies yang terdapat di kawasan tertentu boleh diperolehi, mengenal pasti keseluruhan kumpulan taksonomi dalam satu analisis. Ini berguna untuk menilai kesihatan ekosistem, mengesan perubahan dalam komposisi spesies dan mengkaji kesan perubahan iklim terhadap biodiversiti.
Satu lagi aplikasi kritikal ialah pengesanan awal spesies eksotik dan invasifDengan mengesan kehadiran mereka pada peringkat awal, eDNA membolehkan pengaktifan langkah pengurusan sebelum spesies ini merebak dan menyebabkan impak ekologi dan ekonomi yang ketara. Syarikat seperti Eurofins Cavendish telah membangunkan protokol khusus untuk mengenal pasti spesies ini di dalam badan air, memudahkan tindak balas pantas terhadap potensi pencerobohan biologi.
eDNA juga digunakan untuk mengkaji diet pelbagai spesies berdasarkan najis merekaDengan menganalisis DNA yang terkandung dalam sisa-sisa ini, adalah mungkin untuk membina semula dengan terperinci apa yang telah dimakan oleh haiwan tersebut, yang menyumbang kepada pemahaman yang lebih baik tentang siratan makanan, interaksi pemangsa-mangsa, dan kemungkinan perubahan dalam ketersediaan sumber makanan dalam ekosistem marin.
Akhir sekali, penggunaan eDNA untuk pengiraan indeks biologi klasikseperti IBMWP (indeks makroinvertebrata bentik) atau IPS (indeks diatom), menyesuaikannya dengan konteks molekul. Kajian jenis ini bertujuan untuk mengesahkan sejauh mana indeks berasaskan eDNA boleh menggantikan atau melengkapi kaedah persampelan fizikal tradisional untuk makroinvertebrata atau mikroalga, dengan memperoleh kelajuan dan liputan ruang.
Eurofins Cavendish dan kebangkitan ekologi molekul gunaan
Dalam bidang gunaan, syarikat seperti Eurofins Cavendish telah meletakkan diri mereka sebagai peneraju dalam analisis DNA alam sekitar untuk pengesanan spesies dan kajian biodiversiti. Pada tahun 2023, syarikat itu melancarkan makmal ekologi molekul dengan tumpuan yang kuat pada eDNA, terutamanya yang ditujukan kepada ekosistem akuatik.
Makmal jenis ini menawarkan Penyelesaian yang disesuaikan untuk penyelidik, organisasi pemuliharaan dan pentadbiran awamPerkhidmatan mereka merangkumi mereka bentuk kempen persampelan dan melaksanakan analisis molekul hinggalah mentafsir keputusan dan menyediakan laporan yang berguna untuk perancangan biodiversiti atau penilaian impak alam sekitar.
Salah satu kekuatan pasukan-pasukan ini adalah pendekatan yang teliti dan berasaskan buktiIni disokong oleh protokol piawai dan kawalan kualiti yang ketat. Ini diterjemahkan kepada keputusan yang boleh dipercayai, yang merupakan asas untuk membuat keputusan dalam pengurusan alam sekitar, memantau pelan pemuliharaan dan mereka bentuk dasar untuk perlindungan alam sekitar marin.
Di samping itu, Eurofins Cavendish dan pemain industri lain menyumbang kepada Membangunkan dan memperhalusi metodologi eDNA baharumenyesuaikannya dengan matriks yang berbeza (air laut, air tawar, sedimen, udara) dan kumpulan taksonomi yang berbeza. Dengan cara ini, teknik ini menjadi lebih tepat, cekap dan mudah diakses oleh pelbagai pengguna yang semakin meningkat.
Bagi entiti yang berminat untuk melaksanakan analisis jenis ini, kerjasama dengan makmal khusus mewakili laluan pantas untuk menggabungkan genetik persekitaran ke dalam projek merekatanpa perlu menyediakan infrastruktur kompleks mereka sendiri. Ini memudahkan organisasi kecil dan institusi besar untuk memanfaatkan eDNA.
Peranan jangkauan: memahami eDNA di luar makmal
Perkembangan eDNA yang pesat telah disertai dengan usaha yang ketara dalam jangkauan dan pendidikan sainsSatu contohnya ialah hasil kerja Makmal Oseanografi dan Meteorologi Atlantik (AOML) NOAA, yang telah membangunkan satu siri video pendidikan bertajuk "Meneroka DNA Alam Sekitar," yang terdapat di laman web dan saluran YouTubenya.
Siri ini menerangkannya dengan cara yang mudah. Apakah DNA persekitaran, bagaimana ia diambil sampelnya, dan untuk apa ia digunakan?Menggunakan lautan sebagai lokasi utama, teknologi persampelan yang dibangunkan di AOML dipamerkan, aktiviti pengekstrakan DNA praktikal dibentangkan, dan aplikasi yang berkaitan dengan biodiversiti, spesies invasif dan spesies terancam digambarkan.
Projek ini telah melibatkan penyertaan daripada pelajar siswazah, seperti Megan Deehan dari Sekolah Sains Marin dan Atmosfera Rosenstiel di Universiti Miamiyang telah menamatkan latihan amali komunikasi sains di AOML, serta saintis dari NOAA dan Institut Koperasi untuk Pengajian Marin dan Atmosfera (CIMAS). Inisiatif seperti ini membantu mendekatkan biologi molekul kepada orang awam, guru dan bakal penyelidik.
Pemahaman yang baik tentang asas-asas eDNA bukan sahaja berfungsi untuk membangkitkan kerjaya saintifik, tetapi juga untuk... Pengurus, juruteknik dan warganegara lebih memahami kemungkinan dan batasan alat iniIni mengelakkan jangkaan yang tidak realistik dan menggalakkan penggunaan yang bertanggungjawab dan bermaklumat dalam pengurusan persekitaran marin.
Dialog antara makmal, pentadbiran, syarikat dan masyarakat sivil adalah penting untuk Keputusan pemuliharaan dan pengurusan lautan harus berdasarkan data yang kukuh dan dalam metodologi yang sesuai untuk setiap kes, dan eDNA sedang dikonfigurasikan sebagai salah satu tonggak pendekatan berasaskan bukti baharu itu.
Semua perkara di atas menunjukkan bahawa DNA alam sekitar telah menjadi alat utama untuk memantau ekosistem marin, dengan kapasiti untuk melengkapi kaedah tradisional dengan berkesan, meningkatkan pengesanan spesies yang sukar diperhatikan, meluaskan liputan ruang persampelan dan menyediakan maklumat penting untuk pemuliharaan dan pengurusan lautan yang mampan, dengan syarat ia disertakan dengan pangkalan data rujukan yang baik, protokol yang mantap dan tafsiran keputusan yang teliti dalam konteks ekologi dan oseanografinya.
