Los científicos identifican animales de zoológico utilizando únicamente ADN extraído del aire, y esto podría cambiar para siempre la forma en que monitoreamos la biodiversidad.

Crédito: Revista Conservación Biológica, Philip Francis Thomsen et al.

Nuestro planeta está repleto de vida, y deja rastros por donde pasa. Estos incluyen marcas llamativas como huellas de patas o nidos abandonados, pero también otros rastros invisibles a simple vista, como el ADN. En la última década, los biólogos han tenido un gran éxito en la identificación de especies animales y su abundancia utilizando ADN ambiental (eDNA) recolectado del medio ambiente acuático. Ahora, dos grupos de investigación diferentes que utilizan dos métodos diferentes han demostrado de forma independiente que es posible hacer lo mismo con eDNA extraído del aire.

El plano de la vida está en todas partes, incluso en el aire que respiras.

El trabajo de campo en biología puede ser increíblemente emocionante, pero siempre es agotador. Medir peces, recolectar insectos, atrapar serpientes, lo que sea, una y otra vez durante semanas o incluso meses. Eso puede ser una bendición si usted es el tipo de científico que ama la naturaleza y el aire libre, pero es terriblemente frustrante cuando tiene que trabajar en áreas muy remotas en busca de especies escurridizas, y aquí es exactamente donde puede venir el ADN ambiental. para salvar el día (y su tesis doctoral).

El ADN ambiental, esencialmente material genético obtenido directamente de muestras ambientales (suelo, sedimento, agua, etc.) sin signos evidentes de material de origen biológico, se ha convertido en una herramienta invaluable para monitorear la biodiversidad pasada y presente. El método se empleó por primera vez en sedimentos, revelando ADN de animales y plantas extintos y existentes, pero desde entonces se ha obtenido de varias muestras ambientales terrestres y acuáticas. Sin embargo, las muestras de aire rara vez se han utilizado para un análisis adecuado de eDNA debido a los desafíos inherentes que enfrenta un medio tan propenso a la contaminación y, bueno, en un flujo constante de movimiento, eso es hasta ahora.

Dos grupos independientes de investigadores, uno dirigido por el Profesor Asistente elizabeth clara de la Universidad de York en Canadá, el otro dirigido por el profesor asociado cristina bohmann del Instituto Globe de la Universidad de Copenhague, han proporcionado la evidencia más sólida hasta el momento de que el eDNA del aire puede ser una herramienta confiable para evaluar la biodiversidad.

“Mi grupo de investigación hace mucho trabajo de campo en áreas remotas con especies difíciles y escurridizas. Estábamos motivados en parte porque enfrentamos el desafío de monitorear a estos animales todo el tiempo. También tenemos un historial de trabajo para desarrollar nuevos métodos para el monitoreo de la biodiversidad. Me motivó principalmente porque me pidieron que escribiera un informe para una de las agencias gubernamentales del Reino Unido sobre cómo podemos utilizar mejor el ADN en el futuro biomonitoreo. Me puse a escribir sobre fuentes de eDNA y me di cuenta de que el aire era un área en gran parte inexplorada, particularmente para los animales. Decidí aceptar ese desafío yo misma”, dijo Clare. Ciencia ZME. “Lo realmente emocionante de esto es lo bien que funcionó. Ambos equipos intentaron hacer esto de forma independiente y usaron diferentes enfoques… pero ambos tuvieron mucho éxito. Esta es una muy buena evidencia de que este es un método viable. Que funcionará a gran escala”.

“En mi grupo, trabajamos con diferentes aspectos de los análisis de ADN ambiental, incluida la exploración de nuevos tipos de muestras de eDNA. Uno de estos nuevos tipos de muestras es el aire. El aire lo rodea todo y nos dispusimos a explorar si es posible filtrar el ADN animal del aire y usarlo para detectarlo. Si esto fuera realmente posible, no solo ampliaríamos los límites de lo que se puede hacer con el ADN ambiental, sino que también demostraríamos una herramienta novedosa y no invasiva para complementar los métodos existentes para monitorear animales terrestres, algo de gran importancia para informar los esfuerzos de conservación”, Bohmann dijo Ciencias ZME.

Zoológicos: el campo de pruebas perfecto para el eDNA en el aire

Ambos equipos de investigación seleccionaron zoológicos locales como sus sitios de muestreo, lo que resultó ser el terreno de prueba perfecto para esta ambiciosa empresa. Los zoológicos tienen un recuento exacto de todas las especies de animales e individuos que albergan. También tienen especies exóticas que son imposibles de encontrar en el entorno urbano local o incluso en estado salvaje en sus respectivos países. “Sabíamos que si detectábamos demonios de Tasmania, la probabilidad de que estuvieran en cualquier otro lugar de Copenhague sería escasa”, dijo Bohmann.

Bohmann y la estudiante de doctorado Christina Lynggaard recolectaron muestras de aire de tres lugares diferentes en el zoológico utilizando tres dispositivos de muestreo diferentes (una aspiradora comercial a base de agua y dos ventiladores con filtros adjuntos). Aspiraron y filtraron el aire del establo del okapi, la casa de la selva tropical y del exterior entre los diferentes recintos del zoológico.

En otra parte del Reino Unido, en Hamerton Zoo Park, el equipo de Clare usó bombas de vacío para recolectar más de 70 muestras de aire de varios lugares del zoológico, tanto dentro de las viviendas de los animales como fuera del entorno general.

Mejor que las cámaras trampa

La profesora asociada Kristine Bohmann de la Universidad de Copenhague recolecta muestras de aire. Crédito: Christian Bendix.

El estudio de Clare identificó 25 especies diferentes de animales, 17 de las cuales eran especies de zoológicos como tigres, lémures y dingos. Algunos de los animales del zoológico que detectaron vivían a cientos de metros de los sitios de prueba, a pesar de la caída considerable en la concentración, pero esto demostró que el método puede monitorear especies en una gran superficie con una sola bocanada de aire.

Bohmann detectó 49 especies a partir de 40 muestras, desde mamíferos y aves hasta reptiles y peces. Estos incluían perezosos de dos dedos, boas, rinocerontes, avestruces y guppies en el estanque cercano. “Nos sorprendió absolutamente la variedad taxonómica de los animales que detectamos, desde mamíferos hasta aves, reptiles, anfibios y peces. Y nos sorprendió la cantidad de detecciones: detectamos no menos de 6 a 21 especies de animales por muestra”, dijo.

El área de superficie de monitoreo en realidad podría ser mucho mayor para el eDNA del aire de lo que nadie se atrevía a creer. Ambos grupos detectaron especies que no se mantenían en los zoológicos pero que eran nativas del área circundante. Aunque viven fuera del zoológico de Hamerton, los científicos encontraron evidencia del erizo euroasiático, una especie en peligro de extinción en el Reino Unido. Las muestras de aire del zoológico de Copenhague contenían ADN perteneciente al campañol de agua y la ardilla roja. También encontraron ADN de pollos, vacas, caballos y peces, lo cual tiene sentido ya que estos son alimentos comunes para los animales del zoológico.

Pero estos notables resultados requirieron más preparación y debida diligencia que otros métodos de muestreo de eDNA. Obviamente, el aire lo rodea todo, por lo que los investigadores tuvieron que tomar precauciones especiales para evitar contaminar los filtros recolectados tanto en el camino como dentro del laboratorio. Esto incluyó tomar muestras del aire dentro del propio laboratorio, cuyas lecturas actuaron como control.

“Establecimos un laboratorio completamente nuevo dedicado a este proyecto y este tipo de muestra de eDNA desconocido para nosotros. Aquí empleamos pautas muy estrictas conocidas de los flujos de trabajo de ADN antiguos e incluso tomamos muestras del aire en el laboratorio para asegurarnos de que no teníamos ningún ADN contaminante en el aire. También empleamos diferentes controles negativos y, lo que es más importante, controles positivos de especies que no se sabe que estén en el zoológico o en el área circundante. Esto nos permitió rastrear si había alguna contaminación entre las muestras, simplemente porque veríamos aparecer las especies de control positivo en nuestras muestras”, dijo Bohmann.

En el Reino Unido, Clare también tuvo que lidiar con las restricciones de COVID además de los desafíos de trabajar con muestras de aire. Pero al final valió la pena: afortunadamente, los adorables animales del zoológico ayudaron.

“Fui la única persona permitida en el zoológico durante la mayor parte de la colección e intercambié con mi estudiante y técnico Frances. Era pleno invierno y había algo de nieve ligera. Eso fue realmente muy divertido. Los animales estaban súper emocionados de recibir visitas y profundamente curiosos sobre lo que estábamos haciendo. Una Tyra curiosa me robó algunos equipos. Almorcé viendo lobos de crin deambular. Eso fue especial”, dijo Clare.

Es posible que el monitoreo de la biodiversidad nunca vuelva a ser el mismo

El muestreo de aire parece estar a punto de mejorar el control y la conservación del medio ambiente, uniéndose a las filas de los métodos probados y probados de eDNA como el acuático y el terrestre.

“El campo del biomonitoreo de eDNA acuático se inició hace más de una década y, desde estos primeros estudios de prueba de concepto, ha crecido enormemente. Haber demostrado el aire como un nuevo tipo de muestra de eDNA para el monitoreo de vertebrados es, por supuesto, algo que podemos hacer porque nos apoyamos en todos estos desarrollos tecnológicos y creo que eso es también lo que nos permitirá adaptar esta herramienta a los entornos naturales. ¡No puedo esperar para comenzar!” dijo Bohman.

“En tierra, usamos eDNA de muchas fuentes. Se ha recolectado del suelo, la miel, la nieve, la lluvia, incluso al rociar las hojas y recolectar el agua de escorrentía. Pero no tenemos un enfoque general real como lo tiene la comunidad acuática. Realmente necesitamos ver cómo se ha desarrollado esa tecnología para guiar los próximos pasos en el perfeccionamiento de la técnica para el aire. Tenemos la ventaja de que podemos modelar nuestros enfoques según los de ellos”, dijo Claire, y agregó que “lo realmente bueno es que ahora que la idea está disponible, estamos viendo que esto crece rápidamente. Están surgiendo estudios que recolectan ADN en el aire de plantas, insectos, pájaros… se desarrollará rápidamente y eso es emocionante”.

Y el trabajo preliminar ha sido establecido no por uno sino por dos grupos de investigación diferentes de forma independiente. Cómo los dos equipos de investigación pensaron en el mismo estudio al mismo tiempo es otra historia en sí misma.

“¡Creo que al principio los dos estábamos impactados! Nuestros equipos de investigación se conocen desde hace mucho tiempo y han colaborado antes. Fue una sorpresa total descubrir que ambos estábamos haciendo el mismo estudio. ¡Fue más impactante descubrir que ambos lo estábamos haciendo de la misma manera al mismo tiempo e incluso habíamos escrito y presentado documentos en unas pocas horas en el mismo lugar! Solo he oído que eso sucedió una vez antes”, dijo Claire. “Tuvimos mucha suerte de que Current Biology también viera esa ventaja tan significativa y, aunque los documentos se trataron de forma independiente y fueron revisados ​​por pares como cualquier otro, acordaron que ambos estarían en la misma línea de tiempo. Estamos muy emocionados de que aparezcan juntos y en este ejemplo de cooperación científica. ¡Más de esto tiene que suceder!”

“No puedo esperar el día en que podamos reunirnos en una conferencia con una gran cerveza y celebrar nuestros logros y hablar sobre el viaje en el que hemos estado juntos”, agregó Bohmann.

Referencias:

  1. ‘Medición de la biodiversidad a partir del ADN en el aire’ Elizabeth L. Clare, Chloe K. Economou, Frances J. Bennett, Caitlin E. Dyer, Katherine Adams, Benjamin McRobie, Rosie Drinkwater, Joanne E. Littlefair Biología actual (2021). DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064
  2. ‘ADN ambiental aerotransportado para el seguimiento de la comunidad de vertebrados terrestres’ Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen y Kristine Bohmann Biología actual (2021). DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014