El ADN en el aire puede clasificar los insectos ocultos que nos rodean

Hace una década, biólogos e historiadores naturales de todo el mundo lanzaron el ambicioso objetivo de crear un inventario de la biodiversidad de la Tierra. Después de todo, dicen, no puedes salvar algo que no sabías que existía.incluso algunos sobreestimado muestra que solo una cuarta parte de las especies de la Tierra han sido descritas por la ciencia, lo que genera preocupaciones sobre el panorama general de las crecientes tasas de extinción.

A medida que estos proyectos van de la mano con el arduo trabajo de recolectar y describir especies, ha surgido una nueva línea de ataque para capturar el ADN de las especies desconocidas de la Tierra para catalogarlas: sacarlas del aire.

El método involucra la secuenciación del material genético en las células mudadas de un organismo o su ADN ambiental (eDNA) y es particularmente útil para el muestreo de insectos. Es menos costoso y más rápido que los métodos de muestreo tradicionales, y puede capturar datos de muchas especies a la vez sin dañarlas.

uno nuevo pósterpresentado esta semana en la Conferencia de Ecología Transfronteriza Reunión, informando del trabajo de prueba de concepto para mostrar cómo funciona.Aunque empleado como posdoctorado En la Universidad de Lund en Suecia, Fabian Roger recolecta muestras de aire utilizando un dispositivo de ciclón líquido disponible comercialmente, que hace girar el aire en un tubo lleno de líquido para capturar fragmentos de ADN previamente transportados en el aire. Recolectó muestras de aire de tres sitios en el sur de Suecia, donde también usó métodos tradicionales para estudiar insectos y compararlos.

Luego, Roger y sus colegas extrajeron fragmentos de ADN de las muestras para su posterior amplificación y secuenciación. Para identificar taxones, el equipo se basó en la tecnología de códigos de barras meta, que permite la detección simultánea de agregados de especies a partir de regiones cortas de genes que se encuentran en una sola muestra. Ninguna de las especies identificadas es nueva para la ciencia. El objetivo del nuevo trabajo es demostrar que los insectos se pueden contar analizando el ADN recogido de muestras de aire.

El equipo encontró rastros de ADN de 85 especies, incluidas mariposas, escarabajos, hormigas, moscas y sus parientes cercanos. También encontraron nueve especies de ranas, aves y otros vertebrados. Algunas identificaciones se superpusieron con los hallazgos tradicionales, pero el enfoque de eDNA pasó por alto otras. Por ejemplo, se encontraron 48 especies de polillas en las trampas, pero solo 9 fueron identificadas por el método de muestreo de aire. Este trabajo no ha sido revisado por pares.

Roger, ahora ETH en Suiza, dijo que se inspiró para intentar tomar muestras de eDNA en el aire después de monitorear nuevas especies en ecosistemas acuáticos. «Lo que me sorprende es lo difícil que es obtener buenos datos de población», dijo. “Estudios recientes muestran una reducción del 70 por ciento en la biomasa de insectos, y tenemos una grave falta de datos.” Sabe que algunos entomólogos ya están analizando insectos para detectar eDNA en el suelo. Razonó que si el ADN de los insectos terminó en la tierra, probablemente comenzó en otro lugar, como el aire de arriba.

Los investigadores estiman que los científicos han descrito formalmente 1 millón de los 5,5 millones de especies de insectos, por lo que monitorear la diversidad de especies a través del aire es un avance emocionante que podría acelerar los esfuerzos de conservación, dice Kristine Bohmann, investigadora en genómica evolutiva de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. . Ella no participó en el nuevo estudio, pero recientemente realizó una investigación en el zoológico de Copenhague sobre la detección del ADN ambiental en mamíferos, aves, reptiles y anfibios.

“Es hora de que el ADN ambiental adopte este nuevo sustrato”, dijo, y agregó que ya ha estado estudiando eDNA en muestras fecales, y otros han estudiado el suelo, el agua e incluso las flores para descubrir qué especies de polinizadores han aterrizado allí. «Se ha invertido mucho esfuerzo en desarrollar estas tecnologías y asegurarse de que sean confiables, por lo que es increíble ver los resultados. ¿Por qué no pensamos en eso antes?»

Al monitorear insectos, es especialmente importante encontrar un método que no requiera matar al organismo que está tratando de evaluar, agregó Bohmann. Algunos métodos de inventario de ADN a menudo implican capturar y exprimir especies para crear mezclas de insectos.

Algunos problemas de eDNA y aire siguen siendo oscuros, dice Elizabeth Claire, ecologista molecular de la Universidad de York en Canadá que ha realizado estudios similares de muestras de aire. Por un lado, no está claro cuánto tiempo puede permanecer en el aire el ADN de los insectos individuales después de que se van volando. ¿El investigador está detectando una visita reciente o una visita hace unos meses? El ADN intacto permanece en el permafrost hasta 10.000 años después de la extinción, encontró el estudio. Pero bajo otras condiciones, como la exposición a la radiación ultravioleta del sol, el ADN puede degradarse rápidamente.

En ambientes acuáticos como ríos y lagos, el ADN puede quedar atrapado en los sedimentos y luego agitarse en algún momento posterior, dijo Claire. «Creo que algo así podría pasar a la tierra, y cuando la remueves, de repente se vuelve a aerosolizar. Así que realmente no sabemos si el eDNA es de minutos, horas o décadas. [ago]. «

Otro gran problema tiene que ver con la abundancia. ¿Una señal más grande del ADN de una especie indica la presencia de un gran número de individuos? Claire dice que es uno de los temas más candentes en la comunidad de investigación de eDNA. «La respuesta simple es no, no se puede conocer la abundancia a menos que se tengan condiciones estrictamente controladas», dijo. Agregó que existe cierta evidencia en ambientes acuáticos de que la cantidad de ADN en una especie está relacionada con su abundancia ambiental y la distancia a las estaciones de muestreo. La señal puede ser mayor cuando la especie está más cerca del muestreador.

Tales señales de eDNA podrían revelar la presencia de una mariposa junto a una muestra de aire, o un caleidoscopio gigante de lepidópteros más lejos. Cuando algo muere, un cuerpo degenerado generalmente arroja más material genético que cuando estaba vivo, dijo Claire. «No sabemos las respuestas a ninguna de estas preguntas».

Una vez que se resuelvan esos problemas, Roger imagina un mundo de monitoreo pasivo e inmediato de insectos: en puntos críticos de biodiversidad y áreas agrícolas, los productores podrían ser alertados ante los primeros signos de una invasión de plagas.

Los beneficios potenciales de la investigación en el aire responsable del eDNA son enormes, dice Brian Brown, quien supervisa Museo de Historia Natural del Condado de Los ÁngelesDepartamento de Entomología. Viaja por el mundo, utilizando métodos tradicionales para tomar muestras de insectos y crear bibliotecas de referencia taxonómica, material esencial para comprender los fragmentos genéticos de las muestras de eDNA. «No creo que esto reemplace el trabajo que hago», dijo, «pero es emocionante porque es asequible y probablemente sea muy poco trabajo secuenciar el aire. Creo que estamos viviendo en una matriz de sopa biológica. Y en movimiento , es realmente fascinante».