In den späten In den 1980er Jahren verwendete Tamar Barkay in einer Bundesforschungseinrichtung in Pensacola, Florida, Schlamm auf eine Weise, die sich als revolutionär erwies, auf eine Weise, die sie sich damals nie hätte vorstellen können: eine grobe Version einer Technik, die heute viele wissenschaftliche Bereiche aufrüttelt. Barkay hatte mehrere Schlammproben gesammelt – eine aus einem Stausee im Landesinneren, eine weitere aus einem Brackwasser-Bayou und eine dritte aus einem tief gelegenen Salzwassersumpf. Sie füllte diese Sedimentproben im Labor in Glasflaschen und fügte dann Quecksilber hinzu, wodurch etwas entstand, das einem giftigen Schlamm gleichkam.

Barkay arbeitete damals für die Environmental Protection Agency und wollte wissen, wie Mikroorganismen im Schlamm mit Quecksilber, einem industriellen Schadstoff, interagieren, wofür ein Verständnis erforderlich war alle die Organismen in einer bestimmten Umgebung – nicht nur der winzige Teil, der erfolgreich in Petrischalen im Labor gezüchtet werden könnte. Die zugrunde liegende Frage war jedoch so grundlegend, dass sie nach wie vor eine der grundlegenden treibenden Fragen in der gesamten Biologie ist. Wie Barkay, der jetzt im Ruhestand ist, es kürzlich in einem Interview aus Boulder, Colorado, ausdrückte: „Wer ist da?“ Und, was genauso wichtig war, sie fügte hinzu: „Was machen sie da?“

Solche Fragen sind auch heute noch relevant und werden von Ökologen, Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens, Naturschutzbiologen, forensischen Praktikern und denjenigen gestellt, die sich mit Evolution und antiken Umwelten befassen – und sie treiben Schuhleder-Epidemiologen und Biologen in entlegene Winkel der Welt.

Die 1987 Krepppapier Barkay und ihre Kollegen veröffentlichten im Zeitschrift für mikrobiologische Methoden skizzierte eine Methode-„Direkte DNA-Extraktion aus der Umwelt“ – das würde es Forschern ermöglichen, eine Volkszählung durchzuführen. Es war ein praktisches, wenn auch ziemlich chaotisches Werkzeug, um herauszufinden, wer da draußen war. Barkay nutzte es für den Rest ihrer Karriere.

Heute wird die Studie als erster Einblick in die eDNA oder Umwelt-DNA zitiert, eine relativ kostengünstige, weit verbreitete und potenziell automatisierte Methode zur Beobachtung der Vielfalt und Verbreitung des Lebens. Im Gegensatz zu früheren Techniken, mit denen die DNA beispielsweise eines einzelnen Organismus identifiziert werden konnte, erfasst die Methode auch die ihn umgebende Wolke aus anderem genetischen Material. In den letzten Jahren ist das Feld deutlich gewachsen. „Es gibt ein eigenes Journal“, sagte Eske Willerslev, Evolutionsgenetikerin an der Universität Kopenhagen. „Es hat eine eigene Gesellschaft, eine wissenschaftliche Gesellschaft. Es hat sich zu einem etablierten Feld entwickelt.“

eDNA dient als Überwachungsinstrument und bietet Forschern die Möglichkeit, scheinbar Unentdeckbares aufzuspüren. Durch die Probenahme von eDNA oder Mischungen von genetischem Material – also DNA-Fragmenten, dem Bauplan des Lebens – in Wasser, Erde, Eisbohrkernen, Wattestäbchen oder praktisch jeder erdenklichen Umgebung, sogar dünner Luft, ist es nun möglich, danach zu suchen einen bestimmten Organismus oder stellen Sie eine Momentaufnahme aller Organismen an einem bestimmten Ort zusammen. Anstatt eine Kamera aufzustellen, um zu sehen, wer nachts den Strand überquert, extrahiert eDNA diese Informationen aus Fußabdrücken im Sand. „Wir sind alle schuppig, oder?“ sagte Robert Hanner, Biologe an der University of Guelph in Kanada. „Ständig lösen sich Zellreste ab.“

Als Methode zur Bestätigung des Vorhandenseins von etwas ist eDNA nicht ausfallsicher. Beispielsweise lebt der in der eDNA nachgewiesene Organismus möglicherweise nicht tatsächlich an dem Ort, an dem die Probe entnommen wurde. Hanner nannte als Beispiel einen vorbeiziehenden Vogel, einen Reiher, der einen Salamander gefressen und dann einen Teil seiner DNA ausgeschieden hat, was ein Grund dafür sein könnte, dass Signale der Amphibie in einigen Gebieten vorhanden sind, in denen sie nie physisch gefunden wurden.

Dennoch hat eDNA die Fähigkeit, genetische Spuren aufzuspüren, von denen sich einige in der Umwelt ablösen, und bietet eine spannende – und möglicherweise erschreckende – Möglichkeit, Informationen über Organismen, einschließlich Menschen, zu sammeln, während sie ihren alltäglichen Geschäften nachgehen.

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Das konzeptionelle Die Grundlage für eDNA – ausgesprochen EE-DEE-EN-AY, nicht ED-NUH – reicht hundert Jahre zurück, vor dem Aufkommen der sogenannten Molekularbiologie, und wird oft Edmond Locard zugeschrieben, einem französischen Kriminologen, der in den frühen Jahren arbeitete 20. Jahrhundert. In einer Reihe von Papiere In seinem 1929 veröffentlichten Buch schlug Locard ein Prinzip vor: Jeder Kontakt hinterlässt eine Spur. Im Wesentlichen bringt eDNA das Locard-Prinzip ins 21. Jahrhundert.

In den ersten Jahrzehnten konzentrierte sich das Gebiet, aus dem eDNA wurde – Barkays Arbeit in den 1980er Jahren eingeschlossen – hauptsächlich auf mikrobielles Leben. Rückblickend auf ihre Entwicklung schien es, als käme die eDNA nur langsam aus dem sprichwörtlichen Schlamm heraus.

Erst 2003 tauchte die Methode auf verschwundenes Ökosystem. Die von Willerslev geleitete Studie aus dem Jahr 2003 entnahm uralte DNA aus weniger als einem Teelöffel Sediment und demonstrierte damit erstmals die Machbarkeit der Entdeckung größerer Organismen mit dieser Technik, darunter Pflanzen und Wollmammuts. In derselben Studie enthüllte Sediment, das in einer neuseeländischen Höhle gesammelt wurde (die insbesondere nicht gefroren war), einen ausgestorbenen Vogel: den Moa. Am bemerkenswertesten ist vielleicht, dass diese Anwendungen zur Untersuchung alter DNA aus einer gewaltigen Menge Mist stammten, der vor Hunderttausenden von Jahren auf den Boden fiel.

Die Idee kam Willerslev ein paar Jahre zuvor, als er über einen neueren Misthaufen nachdachte: Zwischen seinem Master-Studium und seiner Promotion. In Kopenhagen befand er sich auf der Suche nach Knochen, Skelettresten oder anderen physischen Proben, die er untersuchen konnte. Doch eines Herbstes blickte er aus dem Fenster auf „einen Hund, der auf der Straße kackt“, erinnert er sich. Die Szene veranlasste ihn, über die DNA im Kot nachzudenken und darüber, wie sie vom Regen weggespült wurde, ohne sichtbare Spuren zu hinterlassen. Aber Willerslev fragte sich: „Könnte es sein, dass die DNA überleben könnte?“ Das habe ich dann versucht, herauszufinden.“

Das Papier zeigte die bemerkenswerte Persistenz der DNA, die seiner Meinung nach viel länger in der Umwelt überlebt, als frühere Schätzungen vermuten ließen. Seitdem hat Willerslev eDNA in der gefrorenen Tundra im heutigen Grönland analysiert, die vor zwei Millionen Jahren entstanden ist, und er arbeitet an Proben aus Angkor Wat, dem riesigen Tempelkomplex in Kambodscha, der vermutlich im 2. Jahrhundert erbaut wurde. „Es sollte die schlimmste DNA-Konservierung sein, die man sich vorstellen kann“, sagte er. „Ich meine, es ist heiß und feucht.“

Aber, sagte er, „wir können DNA herausbekommen.“

Willerslev ist mittlerweile nicht mehr der Einzige, der ein potenzielles Werkzeug mit scheinbar unbegrenzten Anwendungsmöglichkeiten sieht – insbesondere jetzt, da Fortschritte es Forschern ermöglichen, größere Mengen genetischer Informationen zu sequenzieren und zu analysieren. „Es ist ein offenes Fenster für viele, viele Dinge“, sagte er, „und sicher noch viel mehr, als mir einfällt.“ Es waren nicht nur uralte Mammuts? eDNA könnte heutige Organismen enthüllen, die sich in unserer Mitte verstecken.

Wissenschaftler verwenden eDNA, um Lebewesen aller Formen und Größen aufzuspüren, sei es eine einzelne Art wie winzige invasive Algenstücke, Aale im Loch Ness oder ein blinder Sandmaulwurf, der seit fast 90 Jahren nicht mehr gesehen wurde; Forscher beproben ganze Gemeinschaften, indem sie beispielsweise die eDNA auf Wildblumenblüten oder die im Wind wehende eDNA als Stellvertreter für alle besuchenden Vögel, Bienen und andere tierische Bestäuber betrachten.

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Der nächste Der evolutionäre Sprung nach vorne in der Geschichte der eDNA nahm rund um die Suche nach Organismen statt, die derzeit in den Gewässern der Erde leben. Im Jahr 2008 wurde a Schlagzeile erschien: „Wasser behält die DNA-Erinnerung an verborgene Arten.“ Es stammte nicht aus der Supermarkt-Boulevardzeitung, sondern aus der angesehenen Fachzeitschrift Chemistry World und beschrieb die Arbeit des französischen Forschers Pierre Taberlet und seiner Kollegen. Die Gruppe suchte nach braun-grünen Ochsenfröschen, die mehr als 2 Pfund wiegen können und in Westeuropa als invasive Art gelten, weil sie alles niedermähen, was ihnen in den Weg kommt. Um Ochsenfrösche zu finden, mussten in der Regel erfahrene Herpetologen die Küstenlinien mit Ferngläsern absuchen, um dann nach Sonnenuntergang zurückzukehren, um auf ihre Rufe zu lauschen. Der 2008 Papier schlug einen einfacheren Weg vor – eine Umfrage, die viel weniger Personal erforderte.

„Man könnte DNA dieser Art direkt aus dem Wasser gewinnen“, sagte Philip Thomsen, ein Biologe an der Universität Aarhus (der nicht an der Studie beteiligt war). „Und das hat das Gebiet der Umwelt-DNA wirklich in Schwung gebracht.“

Es kann schwierig sein, Frösche zu erkennen, und sie sind natürlich nicht die einzige Art, die sich der traditionelleren Erkennung am Boden entzieht. Thomsen begann mit der Arbeit an einem anderen Organismus, der die Messung bekanntermaßen durcheinander bringt: Fisch. Man sagt manchmal, dass das Zählen von Fischen vage dem Zählen von Bäumen ähnelt – nur dass sie sich frei an dunklen Orten bewegen und die Fischzähler ihre Zählung mit verbundenen Augen durchführen. Umwelt-DNA ließ die Augenbinde fallen. Eins Überprüfen In der veröffentlichten Literatur zu dieser Technologie wurde festgestellt, dass eDNA-Studien zu Süßwasser- und Meeresfischen sowie Amphibien zahlreicher waren als terrestrische Gegenstücke, obwohl sie mit Vorbehalten versehen waren, darunter unvollständige und ungenaue Nachweise oder Angaben zur Häufigkeit.

Im Jahr 2011 wurde Thomsen, damals Ph.D. Kandidat in Willerslevs Labor, veröffentlicht a Krepppapier Dies zeigt, dass die Methode erkennen konnte selten und bedrohte Arten, wie sie in Europa nur in geringem Vorkommen vorkommen, darunter Amphibien, Säugetiere wie der Otter, Krebstiere und Libellen. „Wir haben gezeigt, dass nur etwa ein Schnapsglas Wasser ausreicht, um diese Organismen zu entdecken“, sagte er Undark. Es war klar: Die Methode hatte direkte Anwendungen in der Naturschutzbiologie zur Erkennung und Überwachung von Arten.

Im Jahr 2012 erschien die Zeitschrift Molecular Ecology eine Sonderausgabe zum Thema eDNA, und Taberlet und mehrere Kollegen skizzierten eine Arbeitsdefinition von eDNA als jeglicher DNA, die aus Umweltproben isoliert wurde. Die Methode beschrieb zwei ähnliche, aber leicht unterschiedliche Ansätze: Man kann eine Ja- oder Nein-Frage beantworten: Ist der Ochsenfrosch (oder was auch immer) vorhanden oder nicht? Dies geschieht durch das Scannen des metaphorischen Barcodes, kurzer DNA-Sequenzen, die für eine Art oder Familie spezifisch sind und als Primer bezeichnet werden. Der Checkout-Scanner ist eine gängige Technik namens quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion oder qPCR.

Ein anderer Ansatz, allgemein bekannt als DNA-Metabarcoding, spuckt im Wesentlichen eine Liste der in einer bestimmten Probe vorhandenen Organismen aus. „Man stellt sozusagen die Frage: Was ist hier?“ sagte Thomsen. „Und dann bekommt man all die bekannten Dinge, aber auch einige Überraschungen, oder? Denn es gab einige Arten, von deren Existenz man nicht wusste.“

Man möchte die Nadel im Heuhaufen finden; der andere versucht, den ganzen Heuhaufen aufzudecken. eDNA unterscheidet sich von traditionelleren Probenahmetechniken, bei denen Organismen wie Fische gefangen, manipuliert, gestresst und manchmal getötet werden. Die erhaltenen Daten sind objektiv; es ist standardisiert und unvoreingenommen.

„eDNA wird auf die eine oder andere Weise eine der wichtigsten Methoden in den Biowissenschaften bleiben“, sagte Mehrdad Hajibabaei, ein Molekularbiologe an der University of Guelph, der Pionier des Metabarcoding-Ansatzes war und ist verfolgt Fischen Sie etwa 9,800 Fuß unter der Labradorsee. „Jeden Tag sehe ich, wie etwas brodelt, was mir nicht in den Sinn gekommen wäre.“

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in den letzten Jahren, Der Bereich der eDNA hat sich erweitert. Die Empfindlichkeit der Methode ermöglicht es Forschern, zuvor unerreichbare Umgebungen zu untersuchen, beispielsweise durch die Erfassung von eDNA aus der Luft – ein Ansatz, der die Versprechen von eDNA und ihre potenziellen Fallstricke verdeutlicht. In der Luft befindliche eDNA scheint auf einem globalen Staubgürtel zu zirkulieren, was darauf hindeutet, dass sie reichlich vorhanden und allgegenwärtig ist. Sie kann gefiltert und analysiert werden, um Pflanzen und Landtiere zu überwachen. Aber im Wind wehende eDNA kann zu einer unbeabsichtigten Kontamination führen.

Im Jahr 2019 hat Thomsen beispielsweise Es blieben zwei Flaschen hochreines Wasser übrig draußen im Freien – einer auf einer Wiese und der andere in der Nähe eines Meereshafens. Nach ein paar Stunden enthielt das Wasser nachweisbare eDNA von Vögeln und Hering, was darauf hindeutet, dass sich Spuren nicht-terrestrischer Arten in den Proben angesiedelt haben; Die Organismen bewohnten die Flaschen offensichtlich nicht. „Es muss also aus der Luft kommen“, sagte Thomsen zu Undark. Die Ergebnisse deuten auf ein zweifaches Problem hin: Zum einen können sich Spurenbeweise bewegen, wobei zwei Organismen, die in Kontakt kommen, dann die DNA des anderen mit sich herumschleppen können, und nur weil bestimmte DNA vorhanden ist, heißt das nicht, dass die Art tatsächlich da ist .

Darüber hinaus gebe es auch keine Garantie dafür, dass das Vorhandensein von eDNA darauf hindeutet, dass eine Art am Leben sei, und es seien noch Felduntersuchungen erforderlich, um den Bruterfolg einer Art, ihre Gesundheit oder den Zustand ihres Lebensraums zu verstehen, sagte er. Bisher ersetzt eDNA also nicht unbedingt physische Beobachtungen oder Sammlungen. In einer anderen Studie, in der Thomsens Gruppe sammelte Edna Auf Blumen, um nach bestäubenden Vögeln zu suchen, stammte mehr als die Hälfte der in der Arbeit gemeldeten eDNA von Menschen, eine Kontamination, die möglicherweise die Ergebnisse verfälschte und es schwieriger machte, die betreffenden Bestäuber zu erkennen.

In ähnlicher Weise untersuchte im Mai 2023 ein Team der University of Florida zuvor Meeresschildkröten anhand der eDNA-Spuren, die sie hinterließen, wenn sie am Strand entlang kriechen veröffentlicht ein Artikel, der menschliche DNA entdeckte. Die Proben waren intakt genug, um Schlüsselmutationen zu erkennen, die eines Tages zur Identifizierung einzelner Personen verwendet werden könnten, was darauf hindeutet, dass die biologische Überwachung auch unbeantwortete Fragen zu ethischen Tests an Menschen und der Einwilligung nach Aufklärung aufwirft. Wenn die eDNA als Fangnetz diente, dann erfasste sie wahllos Informationen über die biologische Vielfalt und landete unweigerlich, wie es in der Arbeit des UF-Teams heißt, im „menschlichen genetischen Beifang“.

Während die Datenschutzprobleme im Zusammenhang mit Fußabdrücken im Sand bisher größtenteils hypothetisch zu sein scheinen, ist die Verwendung von eDNA in Rechtsstreitigkeiten im Zusammenhang mit Wildtieren nicht nur möglich, sondern bereits Realität. Es kommt auch bei strafrechtlichen Ermittlungen zum Einsatz: Im Jahr 2021 etwa bei einer Gruppe chinesischer Forscher berichtet Die von der Hose eines mutmaßlichen Mörders gesammelte eDNA hatte entgegen seinen Behauptungen ergeben, dass er wahrscheinlich an dem schlammigen Kanal gewesen war, in dem eine Leiche gefunden worden war.

Die Bedenken hinsichtlich Off-Target-eDNA hinsichtlich der Genauigkeit und ihrer Reichweite in der Humanmedizin und Forensik verdeutlichen einen weiteren, viel umfassenderen Mangel. Hanner von der University of Guelph beschrieb das Problem so: „Unsere regulatorischen Rahmenbedingungen und Richtlinien hinken der Wissenschaft in der Regel mindestens ein Jahrzehnt oder länger hinterher.“

Heute gibt es unzählige mögliche regulatorische Anwendungen für die Überwachung der Wasserqualität, die Bewertung der Umweltauswirkungen (einschließlich Offshore-Windparks und Öl- und Gasbohrungen bis hin zur eher alltäglichen Entwicklung von Einkaufszentren), Artenmanagement und Durchsetzung des Gesetzes über gefährdete Arten. In einem Zivilgerichtsverfahren Der US-amerikanische Fisch- und Wildtierdienst untersuchte im Jahr 2021 mithilfe von eDNA und traditionelleren Probenahmen, ob ein gefährdeter Fisch in einem bestimmten Wassereinzugsgebiet existierte, und stellte fest, dass dies nicht der Fall war. Die Gerichte erklärten, dass die mangelnden Schutzmaßnahmen der Behörde für dieses Wassereinzugsgebiet gerechtfertigt seien. Die Frage scheint nicht darin zu bestehen, ob eDNA vor Gericht standhielt; das tat es. „Aber man kann wirklich nicht sagen, dass etwas in einer Umgebung nicht existiert“, sagte Hajibabaei.

Er vor kurzem markiert das Problem der Validierung: eDNA leitet ein Ergebnis ab, benötigt aber etabliertere Kriterien, um zu bestätigen, dass diese Ergebnisse tatsächlich wahr sind (dass ein Organismus tatsächlich vorhanden oder nicht vorhanden ist oder in einer bestimmten Menge). A Reihe von Sondertreffen Denn Wissenschaftler arbeiteten daran, diese Probleme der Standardisierung anzugehen, zu denen seiner Meinung nach Protokolle, die Überwachungskette und Kriterien für die Datengenerierung und -analyse gehören. In einem Überprüfen Im Hinblick auf eDNA-Studien stellten Hajibabaei und seine Kollegen fest, dass das Feld mit Einzelstücken oder Proof-of-Concept-Studien übersät ist, die zeigen sollen, dass eDNA-Analysen funktionieren. Die Forschung bleibt in der akademischen Welt überwiegend isoliert.

Daher verlangen Praktiker, die eDNA in einem angewandten Kontext nutzen möchten, manchmal nach dem Mond. Kommt die Art an einem bestimmten Standort vor? Zum Beispiel, sagte Hajibabaei, habe ihn kürzlich jemand gefragt, ob er das Vorhandensein eines Parasiten vollständig widerlegen und beweisen könne, dass dieser nicht in einer Aquakulturfarm aufgetaucht sei. „Und ich sage: ‚Sehen Sie, ich kann nicht sagen, dass das 100 Prozent ist.‘“

Selbst mit einem strengen Analyserahmen, sagte er, seien die Probleme mit falsch-negativen und falsch-positiven Ergebnissen besonders schwer zu lösen, ohne eines der Dinge zu tun, die eDNA überflüssig macht – eine traditionellere Sammlung und manuelle Inspektion. Trotz der Einschränkungen beginnen bereits einige Unternehmen mit der Kommerzialisierung der Technik. Beispielsweise könnten zukünftige Anwendungen einem Unternehmen dabei helfen, zu bestätigen, ob die Brücke, die es baut, lokal gefährdeten Tieren schadet. Kann ein Aquakulturunternehmen feststellen, ob die Gewässer, in denen es seine Fische züchtet, von Seeläusen befallen sind? oder ein Landbesitzer, der neugierig ist, ob Neuanpflanzungen ein größeres Spektrum einheimischer Bienen anziehen.

Das Problem ist ziemlich grundlegend, wenn man bedenkt, dass eDNA als indirekte Methode zur Erkennung des Nichtnachweisbaren gilt – oder als Workaround in Situationen, in denen es einfach nicht möglich ist, ein Netz auszuwerfen und alle Organismen im Meer zu fangen.

„Es ist sehr schwierig, einige dieser Szenarien zu validieren“, sagte Hajibabaei. „Und das liegt im Grunde in der Natur des Tieres.“

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Edna eröffnet viele Möglichkeiten und beantwortet eine ursprünglich von Barkay (und zweifellos vielen anderen) gestellte Frage: „Wer ist da?“ Aber zunehmend werden Hinweise gegeben, die auf die Frage „Was machen sie da?“ abzielen. Frage auch. Elizabeth Clare, Professorin für Biologie an der York University in Toronto, erforscht Biodiversität. Sie sagte, sie habe Fledermäuse beobachtet, die sich tagsüber an einem Ort niederließen, aber durch das Sammeln von eDNA aus der Luft könne sie auch ableiten, wo Fledermäuse nachts Kontakte knüpfen. In einem anderen StudieDie eDNA eines domestizierten Hundes wurde im Kot eines Rotfuchses gefunden. Die beiden Caniden schienen sich nicht zu kreuzen, aber die Forscher fragten sich, ob ihre Nähe zu Verwirrung oder Kreuzkontamination geführt hatte, bevor sie sich schließlich auf eine andere Erklärung einigten: Füchse fraßen offenbar Hundekot.

Auch wenn eDNA nicht grundsätzlich Aufschluss über das Verhalten von Tieren gibt, macht das Forschungsgebiet einigen Berichten zufolge Fortschritte bei der Bereitstellung von Hinweisen darauf, was ein Organismus in einer bestimmten Umgebung tun könnte und wie er mit anderen Arten interagiert – und so Informationen über die Gesundheit zu sammeln, ohne sie direkt zu beobachten Verhalten.

Nehmen Sie eine andere Möglichkeit: groß angelegtes Biomonitoring. Tatsächlich haben in den letzten drei Jahren mehr Menschen als je zuvor an einem mutigen Experiment teilgenommen, das bereits läuft: der Sammlung von Umweltproben aus öffentlichen Abwasserkanälen, um virale Covid-19-Partikel und andere Organismen, die Menschen infizieren, aufzuspüren. Technisch gesehen beinhaltet die Abwasserprobenahme einen verwandten Ansatz namens eRNA, da bei einigen Viren genetische Informationen nur in Form von RNA und nicht in Form von DNA gespeichert sind. Dennoch gelten die gleichen Grundsätze. (Studien deuten auch darauf hin, dass RNA, die bestimmt, welche Proteine ​​ein Organismus exprimiert, zur Beurteilung der Ökosystemgesundheit verwendet werden könnte; gesunde Organismen können völlig andere Proteine ​​exprimieren als gestresste Organismen.) Zusätzlich zur Überwachung der Prävalenz von Krankheiten, Abwasser Die Überwachung zeigt, wie eine bestehende Infrastruktur, die für eine bestimmte Aufgabe konzipiert ist – Abwasserkanäle wurden für die Sammlung von Abfällen konzipiert –, in ein leistungsstarkes Instrument für die Untersuchung von etwas anderem umgewandelt werden kann, z Erkennung von Krankheitserregern.

Clare hat die Angewohnheit, genau das zu tun. „Ich persönlich gehöre zu den Menschen, die dazu neigen, Werkzeuge zu verwenden – nicht so, wie sie gedacht sind“, sagte sie. Clare gehörte zu den Forschern, die eine Lücke in der Forschung bemerkten: Es wurden viel weniger eDNA-Arbeiten an Landorganismen durchgeführt. Also begann sie mit etwas zu arbeiten, das man einen natürlichen Filter nennen könnte, nämlich Würmern, die Säugetieren Blut saugen. „Es ist viel einfacher, 1,000 Blutegel zu sammeln, als die Tiere zu finden.“ Aber sie haben Blutmahlzeiten in sich und das Blut trägt die DNA der Tiere, mit denen sie interagiert haben“, sagte sie. „Es ist, als ob eine Gruppe von Feldassistenten für Sie Vermessungen durchführen würde.“ Dann dachte einer ihrer Schüler dasselbe über Mistkäfer, die noch einfacher zu sammeln sind.

Clare leitet nun eine neue Anwendung für ein weiteres kontinuierliches Überwachungssystem – sie nutzt vorhandene Luftqualitätsmonitore, die Schadstoffe wie Feinstaub messen und gleichzeitig eDNA vom Himmel saugen. Ende 2023 verfügte sie nur über einen kleinen Probensatz, hatte jedoch bereits festgestellt, dass diese bereits vorhandenen Werkzeuge als Nebenprodukt der routinemäßigen Luftqualitätsüberwachung gleichzeitig als Filter für das von ihr gesuchte Material dienten. Es handelte sich mehr oder weniger um ein reguliertes, transkontinentales Netzwerk, das über lange Zeiträume hinweg sehr konsistent Proben sammelte. „Damit könnte man dann Zeitreihen und hochauflösende Daten ganzer Kontinente aufbauen“, sagte sie.

Allein im Vereinigten Königreich, so Clare, gebe es schätzungsweise 150 verschiedene Websites Ansaugen einer bekannten Luftmenge, jede Woche, das ganze Jahr über, was etwa 8,000 Messungen pro Jahr entspricht. Clare und ihre Co-Autoren analysierten kürzlich eine kleine Teilmenge davon – 17 Messungen an zwei Standorten – und konnten mehr als 180 verschiedene taxonomische Gruppen, mehr als 80 verschiedene Arten von Pflanzen und Pilzen, 26 verschiedene Säugetierarten und 34 identifizieren verschiedene Vogelarten sowie mindestens 35 Insektenarten.

Sicherlich gibt es noch andere langfristige ökologische Forschungsstandorte. Die USA verfügen über ein Netzwerk solcher Einrichtungen. Ihr Untersuchungsumfang umfasst jedoch nicht eine weltweit verteilte Infrastruktur, die die Artenvielfalt kontinuierlich misst – einschließlich des Zugvogelzugs über uns bis hin zur Ausbreitung und Schrumpfung von Arten im Zuge des Klimawandels. Wahrscheinlich wird eDNA das verteilte Netzwerk von Menschen, die hochauflösende, zeitlich-räumliche Beobachtungen in Echtzeit auf Websites wie eBird oder iNaturalist aufzeichnen, eher ergänzen als ersetzen. Wie bei einem unscharfen Bild einer völlig neuen Galaxie, die in Sicht kommt, bleibt die aktuelle Auflösung niedrig.

„Es handelt sich um eine Art allgemeines Sammelsystem, das in der Biodiversitätswissenschaft so gut wie unbekannt ist“, sagte Clare. Sie bezog sich auf die Fähigkeit, eDNA-Signale aus dem Nichts zu ziehen, aber das Gefühl sprach für die Methode als Ganzes: „Sie ist nicht perfekt“, sagte sie, „aber es gibt nichts anderes, das das wirklich kann.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Undark.. Lies das Original Artikel.

Bild-Kredit: Undark + DALL-E

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• Quelle: https://singularityhub.com/2024/04/02/environmental-dna-is-everywhere-scientists-are-gathering-it-all/