Forskere hiver DNA ud af vandløb - og nu er de på sporet af nye insektarter i Danmark
Danske forskere er lykkedes med at hive DNA ud af vandprøver, og det kan blive et vigtigt værktøj i fremtidens naturovervågning.
edna_vandloeb.

Alene ved hjælp vandprøver kan forskerne fastslå, hvor artsrigt et vandløb er. I alt fandt de danske forskere DNA fra over 200 hvirvelløse insektarter. (Foto: Eva Egelyng Sigsgaard/AU)

Alene ved hjælp vandprøver kan forskerne fastslå, hvor artsrigt et vandløb er. I alt fandt de danske forskere DNA fra over 200 hvirvelløse insektarter. (Foto: Eva Egelyng Sigsgaard/AU)

Vi vader bogstavelig talt rundt i DNA fra insekter, fisk og mikroorganismer. De sætter nemlig genetiske fingeraftryk, når de bevæger sig rundt i naturen.

Og de fingeraftryk er guld værd for forskere, da det i dag er muligt at overvåge sammensætningen af insekter i specifikke områder ved at spore DNA’et fra de små kræ.

Metoden kaldes miljø-DNA (eDNA), og nu har et dansk studie atter demonstreret, at det er et forskningsfelt i rivende udvikling.

I laboratoriet er forskere fra Aarhus Universitet lykkedes med at finde DNA fra en lang række bittesmå insektarter alene ved at tage prøver fra vandløb. Med den metode har forskerne kunnet fastslå, hvor artsrigt og sundt det pågældende vandløb er.  

»I dag afgøres den økologiske tilstand i et vandløb ved at måle på smådyr, vandplanter og fisk ud fra et biologisk index, hvor eksperter undersøger vandløbet, vender sten og er i felten. Men ved blot at tage vandprøver har vi fundet DNA fra de arter, man fokuserer på, når man overvåger vandløbets tilstand,« siger Mads Reinholdt Jensen, førsteforfatter og ph.d.-studerende på Aarhus Universitet.

»Metoden kan være med til at give et samlet overblik over økosystemet i et vandløb, da vi samtidig kan spore DNA fra både planter, alger og andre mikroorganismer rundt om vandløbet,« fortsætter forskeren, som er tilknyttet Institut for Biologi – Sektion for Genetik, økologi og evolution. 

Sådan overvåger man vandløb

I 2000 trådte et EU-direktiv i kraft, som bestemmer, at landene skal sørge for at holde vandløb på et bestemt biologisk niveau.

Til at fastslå vandløbets helbred bruges indikatorgrupper som fisk, planter og særligt tre grupper af insekter: vandnymfer, døgnfluer og slørvinger. De arter er følsomme overfor iltniveauet og forurening af vandløb, og det er arter, der lynhurtigt forsvinder, hvis et vandløb forurenes.

Til at bestemme gør man typisk brug af et overvågningsprogram kaldet  NOVANA, hvor eksperter tager ud og undersøger vandløbets tilstand.

I det nye studie afprøver forskerne, om man kan bruge eDNA til at kortlægge arterne i vandløbet.

Kilde: Miljøstyrelsen & Philip Francis Thomsen

På sporet af nye arter

I studiet, der netop er udgivet i tidsskriftet Environmental DNA, har forskerne indsamlet prøver fra fem vandløb i Jylland.

Hjemme i laboratoriet fastslog Mads Reinholdt Jensen og forskerholdet den genetiske kode på de mange stykker insekt-DNA (læs om metoden i faktaboksen).

Derefter slog de op i et DNA-register, for at kortlægge hvad det var for nogle smådyr, de var kommet på sporet af - og om de overhovedet var til at finde.

Prøverne viste et hav af genetiske fingeraftryk fra forskellige insektarter som biller og grupper af krebsdyr, som normalt bliver overset. Faktisk fandt forskerne DNA-spor fra over 200 arter af hvirvelløse dyr.

Under det store detektivarbejde fandt forskerne ligeledes spor fra 12 ukendte og bittesmå insekter og larver, som lever i vores nabolande - men ikke tidligere er fundet i Danmark.

»Vores prøver tyder på, at der faktisk lever arter i Danmark, som vi måske ikke har kendskab til i de danske databaser. Så med eDNA kan man potentielt komme på sporet af nye medlemmer af danske insektfamilier,« siger Mads Reinholdt Jensen.

Han vil dog se arterne med egne øjne, før han for alvor vil sige, om arterne har slået sig ned på de her kanter. 

 

edna_vandloeb.

Forskerne har indsamlet prøver fra fem forskellige vandløb i Jylland, hvor de har fundet DNA fra insektarter, der ikke er noteret før i Danmark - og som nok ikke er kendt blandt den brede befolkning. (Foto: Eva Egelyng Sigsgaard)

Kan levere en stor mængde data

Miljø-DNA anses i dag som et lovende værktøj til at overvåge diversiteten af verdens insektsamfund - og det er ikke kun, når det kommer til insekter i vandløb.

Seniorforfatter på det nye studie, lektor Philip Francis Thomsen, har tidligere vist, at det i laboratoriet er muligt at oprense insekt-DNA fra blomster, så man kan se, hvilke insekter en blomst har fået besøg af, selvom bien, sommerfuglen eller billen for længst er fløjet videre.

Noget af det unikke ved eDNA-teknologien er - i denne sammenhæng - at forskerne kan indsamle bunker af data ved ‘blot’ at filtrere vandet fra et vandløb og oprense DNA’et i laboratoriet.

På sigt kan det blive et vigtigt supplement til at overvåge vandløbets biologiske helbred uden at skulle sende et eksperthold i felten med gummistøvler og analyseudstyr.

»Det er relativt nemt at standardisere. Det kræver blot, at man filtrerer noget vand, og man kan køre mange prøver igennem systemet på samme tid. Det giver mulighed for at lave en meget stor indsamling af data over tid og i et stort område,« forklarer Philip Francis Thomsen, der er lektor ved Institut for Biologi – Sektion for Genetik, økologi og evolution på Aarhus Universitet. 

Forsker: Solidt studie

Lektor Tobias Guldberg Frøslev, som forsker i miljø-DNA i jordprøver, er enig i, at eDNA ser ud til at være et godt supplement til de traditionelle metoder, man normalt bruger til at overvåge vandløb.

Han har ikke været en del af studiet, men kalder det »state of the art«-metoder, som forskerne bruger.

»Forskerne finder de samme arter - og flere til - som man har identificeret med den klassiske overvågningsmetoder. Det viser, at metoden med at finde DNA i vandprøver ser ud til at virke, og de finder desuden en masse arter, som normalt er svære at kende med øjnene,« siger Tobias Guldberg Frøslev, lektor ved Section for Geogenetics på Københavns Universitet. 

Miljø-DNA (eDNA)

Miljø-DNA – også kaldet eDNA (environmental DNA) – er DNA, som findes i miljøet – det vil sige i jorden, søer, havet eller luften.

Insekter kan for eksempel afgive DNA-spor (eDNA),  hvis de mister skæl, eller når rester af det slimede lag på deres skind falder af.

Når forskerne finder eDNA i en vandprøve, analyserer de arvematerialet og leder efter gener, som er specifikke for bestemte arter.

Herefter slår forskerne op i såkaldte e-databaser, hvor forskellige arters genetiske kendetegn er oplistet. På den måde kan de finde ud af, hvilke  insektarter eDNA’et stammer fra.

Forskeren ser flere spændende perspektiver ved at bruge miljø-DNA:

  1. Man indsamler insekterne med en ikke-invasiv metode - altså man behøver ikke indfange selve insekterne og sekventere dem, så de i sidste ende skal lade livet.  
  2. eDNA er en universel metode, hvor man kan sende en person med relativt lidt erfaring ud og tage en vandprøve og derefter sekventere prøverne - det kan aflaste behovet for eksperter. 

»Det, der er så fedt med eDNA, er, at det er en tilgængelig metode. Så i takt med, man får flere data, behøver man ikke altid få fat i en ekspert, der har kigget på insekter i årevis, og det er der, man gerne vil hen. For der bliver færre eksperter indenfor organismegrupper,« forklarer Tobias Guldberg Frøslev.

Kan ikke erstatte eksperter i felten

I studiet har forskerne ligeledes slået fast, at årstiden har en stor betydning for sammensætningen af arter i vandløbene, og der er stor forskel på, om man tager prøver i foråret eller efteråret.

Det betyder, at man faktisk kan studere den sæsonmæssige forskellighed i arterne i vandløb, og i sidste ende kan det være med til at tegne et bredere biologisk billede af de danske vandløb.

Men, pointerer Philip Francis Thomsen, det kan ikke erstatte den traditionelle overvågning af insekter, hvor eksperter træder ud i naturen og går på jagt efter insekterne.

»Vi er stadig nødt til selv at få syn for sagen og finde arterne, for at kunne sige om de faktisk har etableret sig i det område, hvor vi finder DNA,« supplerer Mads Reinholdt Jensen. 

Med DNA er det muligt at fastslå, hvilke arter der er i et givent område. Men det er endnu ikke muligt at fastslå, hvor mange der er - eller om de stadig er der. DNA er på den måde stadig kun indirekte evidens.

»Man kan ikke stole blindt på DNA fra miljøet, da dette kan transporteres over store afstande, inden det bliver nedbrudt. Transporten kan både ske med vandstrømme, eller hvis en fugl for eksempel har spist et insekt ved en sø og dernæst skider DNA-rester ud i et nærliggende vandløb,« forklarer Mads Reinholdt Jensen. 

Vigtigt værktøj i fremtiden

Tobias Guldberg Frøslev påpeger, at der stadig er et par udfordringer ved at bruge metoden i helt stor skala. 

»Udfordringen er, at vi ikke har en database på alle de usexede organismer. Mange af dem kan man ikke se med øjnene, og at få skabt et nyt referencegrundlag er noget, der tager flere år at bygge op. Her har vi stadig brug for eksperterne.«

Til trods for de forbehold mener Philip Francis Thomsen, at eDNA helt grundlæggende er et vigtigt alternativ til naturovervågning, som i dag kan være både ressourcekrævende og har en lav politisk prioritet - både i vand og til lands:

»eDNA-metoden kan være med til at give et samlet overblik over de insekter, der er involveret i bestøvningen af forskellige planter.«

»En opgave, der haster, da mange grupper af blomstersøgende insekter er truede. Flere vilde bier og sommerfugle er gået markant tilbage gennem de sidste årtier og mange arter er nu helt uddøde lokalt eller nationalt,« pointerer forskeren. 

I dag er der godt 4.439 arter af dyr og planter i Danmark, som er på den såkaldte rødliste over truede arter.

Det svarer til 42 procent af alle vurderede arter, hvilket vi på Videnskab.dk skrevet om i artiklen Ny liste over truede danske arter: Se billeder af naturens op- og nedture.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om blandt andet det mikroskopfoto, som du kan se herunder.


Annonce: