“环境eDNA”为监测海洋健康迈出重要一步

【字体: 时间:2022年05月25日 来源:scitechdaily biology

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  2022年5月17日发表在《环境DNA》杂志上的一项新研究详细介绍了蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究人员如何使用自主水下机器人采集环境DNA (eDNA),这是监测海洋系统生物多样性的一项重大进展。

  

当配备了开创性的“罐状实验室”来采集环境DNA (eDNA)时,像MBARI的远程自主水下航行器(LRAUV)这样灵活的机器人可以扩大对海洋健康的监测。

自主技术利用eDNA调查生物多样性。

2022年5月17日发表在《环境DNA》杂志上的一项新研究详细介绍了蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究人员如何使用自主水下机器人采集环境DNA (eDNA),这是监测海洋系统生物多样性的一项重大进展。eDNA允许科学家从水生物种留下的微小遗传物质中检测它们的存在。这种“DNA汤”提供了有关敏感地区生物多样性变化的线索,珍稀或濒危物种的存在,以及入侵物种的传播——所有这些都对理解、促进和保护一个健康的海洋至关重要。

研究人员结合了MBARI开发的两种新型自主平台:远程自主水下航行器(LRAUV)和环境样本处理器(ESP)。LRAUV是一种灵活的水下机器人,可以在海洋的偏远地区旅行很长一段时间。ESP是一个机器人“罐状实验室”,可以过滤海水,保存eDNA,以备未来研究。通过为LRAUV配备ESP技术,研究人员可以扩大海洋监测的规模。相比之下,传统的海洋环境dna采样需要花费数周的时间,在一艘昂贵的研究船上,限于局部区域。像这样的技术创新正在彻底改变海洋保护的努力。

MBARI的研究人员从蒙特雷湾的Paragon R/V上发射了远程自主水下航行器(LRAUV)。这些灵活的机器人可以航行到有船员的船只难以到达的海洋偏远地区。资料来源:Kim Fulton-Bennett?2014 MBARI

“我们知道,eDNA是研究海洋群落的一种非常强大的工具,但我们一直受限于使用载人研究船所能完成的工作。现在,自主技术正在帮助我们更好地利用我们的时间和资源来研究海洋的新部分,”MBARI的生物海洋学家、该论文的第一作者Kobun Truelove说。

海洋生物多样性是衡量海洋中个体和物种丰富程度的指标。从最小的浮游生物到最大的鲸鱼,这些相互连接的生物马赛克支撑着食物网,产生我们呼吸的空气,调节着我们的气候。LRAUV和ESP等自动化工具使MBARI研究人员能够在海洋中持续存在,并以以前不可能的方式监测敏感生态系统的变化。

“随着海洋和五大湖环境的变化,生物会移动,影响依赖这些物种的人们和经济。我们需要更廉价、更灵活的方法来大规模监测生物多样性。这项研究提供了我们需要的eDNA和无人技术的协同发展,直接响应美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的组学战略计划中列出的优先事项,”该研究的合著者、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的合作者Kelly Goodwin说。

背景

在这项研究中,MBARI与NOAA大西洋海洋与气象实验室和华盛顿大学的研究人员合作,在蒙特雷湾国家海洋保护区完成了三次考察。该团队协调了MBARI的三艘研究船、NOAA渔业船Reuben Lasker和MBARI的lrauv舰队之间的样本收集。

一个船上的团队将瓶子下放到特定的深度来收集和保存水样。与此同时,搭载ESP的LRAUV可以在类似位置和深度自动采样并保存eDNA。将eDNA样本送回实验室进行深入测序。

相关的生物体有共同的DNA片段,称为基因标记。在这项研究中,研究人员使用一种被称为元条形码的技术分析了eDNA样本。这种方法寻找简短的DNA摘录,并提供样本中出现的组的分解。这项技术尤其有助于将eDNA数据转换为生物多样性的衡量标准。研究人员分析了四种不同类型的基因标记,每一种都代表着食物网的一个稍微不同的水平。总之,结果产生了一个更全面的社区组成的画面。从研究船和自动驾驶汽车上收集的样本显示了类似的生物多样性模式。

Truelove指出,这项研究的发现标志着监测海洋生态系统向前迈出了令人兴奋的一步。“这项工作是为了扩大eDNA研究的规模。我们可以开始更广泛地描述海洋生物群落结构,而不是只关注单个物种。”

“良好的数据是可持续海洋管理的基石,”MBARI高级科学家、该研究的合著者弗朗西斯科·查韦斯(Francisco Chavez)说。“定期的环境DNA监测告诉我们谁在那里,随着时间的推移发生了什么变化。气候变化是海洋健康面临的最大威胁之一,要了解气候变化的影响,这一信息至关重要。”

lrauv一次可以行驶数周,行驶数百公里。与传统的研究船相比,它们可以更频繁地在感兴趣的地区进行采样,传统的研究船通常只会偶尔访问偏远的地点。自主机器人将使研究人员能够研究以前未调查过的海洋区域。填补这些数据空白对于加强全球海洋健康至关重要。船载研究将继续在海洋学研究中发挥重要作用,但在工具包中加入新的自主技术将扩大研究、监测和资源管理的能力。MBARI的研究人员最终设想部署一支配备ESP技术的lrauv车队。

参考:“扩展环境DNA研究的时间和空间尺度上的自动取样”由内森·k .爱人Nastassia诉巴丁马库斯Min,凯瑟琳·j .建立克里斯·m·普雷斯顿Kevan gosper m . Yamahara Yanwu张Ben y Raanan Brian Kieft Brett霍布森卢克·r·汤普森凯利·d·古德温,弗朗西斯科·查韦斯2022年5月17日,环境DNA。DOI: 10.1002 / edn3.299

这项研究得到了大卫和露西尔·帕卡德基金会、NOAA/OAR/ ' Omics、NOAA/OAR/NOPP以及NASA项目#80NSSC20M0001和80NSSX21M003的支持。

关于他

蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)是由戴维·帕卡德(David Packard)于1987年创立的私营非营利性海洋学研究中心。MBARI的使命是推动海洋科学和技术,以了解不断变化的海洋。

                    

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