Denne artikkelen er produsert og finansiert av Norsk institutt for vannforskning - les mer.
– Miljø-DNA kommer til å bli mer og mer utbredt i overvåking og forskning, sier NIVA-forsker Marc Anglès d’Auriac. Han finner ut mye om en rekke arter som finnes i et vannmiljø ved hjelp av en vannprøve. (Foto: Gunnar Omsted, NIVA)
Kriminaltekniske metoder avslører fremmede arter i naturen
Miljø-DNA er det nye store for å overvåke og beskytte våre økosystemer.
Hvordan står det til med ørretbestanden i denne bukta her? Hvilke planter finnes i akkurat dette vannområdet? Det høres kanskje ut som science fiction, men nå kan forskere få svar på slike spørsmål med en skvett vann.
Litt på samme måte som kriminaletterforskeren avdekker spor på et åsted kun ved hjelp av et hårstrå eller en dråpe blod under en negl, kan vannforskere ved hjelp av en vannprøve måle biologisk mangfold.
Prøven avslører en hel masse om hvilke arter som finnes i et vannmiljø.
Alle organismer kan spores
– Rettsgenetikk, der veldig små mengder menneskelig DNA spores, er på en måtte forløperen til miljø-DNA. Som med oss mennesker etterlater alle organismer DNA i miljøet – som vi kan spore, sier Marc Anglès d’Auriac, seniorforsker i Norsk institutt for vannforskning (NIVA).
Det grunnleggende prinsippet for miljø-DNA er at alle levende organismer har en unik genetisk signatur. Signaturen lekker ut i miljøet fordi DNA stadig avsettes gjennom naturlige prosesser.
– Organismer etterlater seg celler, sekreter, avføring eller rester av vev etter reproduksjon. Laksefisker avgir spor under forandringen de går gjennom under smoltifisering, når de forbereder seg til å tåle saltvann. Også ulike skader i organismer eller spor fra rovdyr og bytte etterlater DNA, forklarer forskeren.
Raskere, enklere, billigere og mer pålitelig
Fremveksten av miljø-DNA gir nye muligheter for å bedre overvåking og forvaltning av økosystemer. Kartlegging ved hjelp av miljø-DNA betegnes som raskere, enklere, billigere og trolig mer pålitelig enn tradisjonelle innsamlingsmetoder.
Forskerne utvikler genetiske markører som gjør at de kan påvise bestemte arter gjennom vannprøver der de finner et gen eller en DNA-sekvens som er knyttet til et karaktertrekk hos et individ. En artsspesifikk genetisk markør er unik for én art, og påviser derfor én bestemt art.
Vasspest (Elodea canadensis) er en plante som vokser helt under vann. Arten anses som fremmed i norsk natur og kan ha negativ påvirkning på det opprinnelige biologiske mangfoldet i innsjøen. Når vasspest først har etablert seg, er planten svært vanskelig å bli kvitt, og det er derfor viktig å unngå videre spredning. (Foto: Benoit Demars/NIVA)
Miljø-DNA for å kartlegge vasspest
En rekke forskningsprosjekter har brukt miljø-DNA til å spore fisk og andre dyr som lever i vannet – men relativt lite har vært gjort med vannplanter. NIVA satser stort på å utvikle nye metoder og verktøy for å kartlegge vannplanter.
NIVA-forskerne Marc Anglès d’Auriac, Marit Mjelde, Benoit Demars, David Strand og Jens Thaulow har undersøkt transport av og sesongmessige endringer i miljø-DNA-konsentrasjoner for vasspest – en uønsket, invaderende vannplante.
– Vi utviklet molekylære markører for vasspest, som vi brukte for miljø-DNA-deteksjon i en innsjø invadert av vasspest. Studien ble utført månedlig fra mai til oktober, og beskriver dermed sesongmessige variasjoner, forklarer Anglès d’Auriac.
Forskerne undersøkte innsjøen Steinsfjorden i Buskerud. De tok også prøver i nedbørsfeltet til elva Leira i Akershus for å studere spredning av miljø-DNA langs en elv.
Fant DNA-spor 1,4 kilometer unna kilden
Ved hjelp av metoden kunne forskerne oppdage miljø-DNA fra vasspestplanten i vannprøver tatt 1,4 kilometer i nedstrøms innsjøen der planten er til stede.
Annonse
Metoden gir altså mulighet for å spore organismer relativt langt unna der den faktisk oppholder seg. Selv om enkelte av prøvene inneholdt mye leire og mengden filtrert vann derfor ble kraftig redusert, fikk de likevel gode resultater.
– Studien viser hvor effektivt miljø-DNA kan være for å spore akvatiske planter i miljøet, sier Anglès d’Auriac.
I Norge er vasspestplanten spredd til nærmere 60 innsjøer og 13 elver, hovedsakelig på Østlandet. Denne vasspestplanten, som er avbildet mot en gummibukse, er hentet opp av Steinsfjorden, i forbindelse med NIVAs feltarbeid. (Foto: Marit Mjelde/NIVA)
Viktig at nye arter oppdages tidlig
Evnen til å oppdage invaderende arter, eller sjeldne arter, er viktig for forvaltningen av økosystemer i vann, forklarer NIVA-forsker Marit Mjelde.
– Dersom den nye, uønskete arten oppdages tidlig, er det lettere å iverksette tiltak for å hindre negativ påvirkning og kanskje bli kvitt nykommeren, sier Mjelde.
Tradisjonelt har forskere brukt historiske data, kunnskap om artens økologi og tidskrevende undersøkelser for å spore den aktuelle arten. Slik kartlegging er ofte utfordrende, delvis på grunn av at det kan finnes få eksemplarer av en art. Å lete etter en håndfull fisk eller vannplanter i en innsjø kan være like vanskelig som å lete etter en nål i en høystakk.
– Miljø-DNA gir oss et øyeblikksbilde av situasjonen i et gitt miljø, og kan være et viktig hjelpemiddel for å finne invaderende arter, for eksempel vasspest. Slik kan vi reagere på dem raskt før de får stor utbredelse, sier Marc Anglès d’Auriac.
Med kunnskap om den aktuelle artens situasjon, vil forskerne kunne foreslå helhetlige løsninger som sikrer biologisk mangfold og økosystemer med god tilstand.
Hva med fremtidens forsker?
Anglès d’Auriac tror også at dagens vannprøver vil vise seg å være nyttige for forskning og forvaltning i fremtiden.
– Vi kan lagre miljø-DNA som en tidskapsel for fremtidig analyse. DNA-prøver kan nemlig lagres i lang tid og dermed utgjøre en historisk referanseprøve for dagens naturmangfold i forhold til fremtidige klimaendringer eller andre påvirkninger, sier han.
NIVA-forskeren er imidlertid ikke redd for at fremtidens forskere får for lite å gjøre. Tvert imot vil miljø-DNA kunne gjøre arbeidet mer effektivt.
Annonse
– Det er vanskelig å spå hvordan de nye verktøyene vil påvirke overvåking og forskning. Men det vil nok alltid være behov for tradisjonelt feltarbeid og tradisjonell klassifisering av det biologiske mangfoldet. Miljø-DNA er et supplerende verktøy som kommer til å bli mer og mer utbredt, og som vil gi nye og spennende muligheter for overvåking og forskning, sier Anglès d’Auriac.
– Det har dessuten vært økt fokus på og ønske om å minske mulig negativ innvirkning forskning kan ha på miljø og organismene. Miljø-DNA er en ikke-påtrengende metode, der kun vannprøver samles inn for sporing av organismer. Kartleggingen har dermed mindre negativ innvirkning på miljøet, sier han.
Økende satsning på miljø-DNA
Deteksjon ved hjelp av miljø-DNA er nå anbefalt som overvåkingsverktøy i Storbritannia og Danmark. Også her i landet ser vi en økende satsning på miljø-DNA.
NIVA samarbeider blant annet med Norsk institutt for naturforskning (NINA) om flere forskningsprosjekter der metoden er sentral.
Forskere fra NIVA er dessuten i gang med å utvikle miljø-DNA som en supplerende overvåkningmetode for fremmed ferskvannsfisk, på oppdrag fra Miljødirektoratet.
– Det mest spennende med miljø-DNA, er at det åpner for helt nye forskningsperspektiver. Som sporingsverktøy gir det oss informasjon om fisk, krepsdyr, muslinger, alger og planter som etterlater DNA i kontakt med vann eller sediment. Men det kan også brukes til helt andre formål – som for eksempel å spore antibiotikaresistente gener, avslutter Anglès d’Auriac.
Innsamling av vannprøver og analysering av miljø-DNA er en supplerende metode for overvåking av økosystemer der innsamling av prøver ikke er avhengig av langvarig innsats i felt.
Levende organismer avgir stadig DNA til miljøet rundt seg i form av hud- og hårceller, spytt, avføring og lignende. Ved å filtrere vann gjennom et finmasket filter samles DNA-et, og med genetiske analyser kan forskerne bestemme hvilke arter det kommer fra.
Ved en videre utvikling av metoden kan man etter hvert beskrive hele økosystemer kun ut fra en liten vannprøve. I tillegg kan en slik DNA-prøve lagres i lang tid og dermed utgjøre en historisk referanseprøve for dagens naturmangfold i forhold til fremtidige klimaendringer eller andre påvirkninger.
Analyser av miljø-DNA kan være meget kostnadseffektiv, og i visse tilfeller en sikrere metode for artsinventering og overvåkning, enn tradisjonelle feltmetoder.
