Banebrydende DNA-metode kan kortlægge klodens biodiversitet

Normalt kræver det lange gummistøvler og fintmaskede net at undersøge biodiversiteten i danske vandløb.

Men biolog Mads Reinholdt Jensen sidder for det meste komfortabelt foran sin computer, når han skal finde ud af, hvilke arter, der er til stede.

Computeren befinder sig i et laboratorium på Mads Reinholdt Jensens arbejdsplads ved Institut for Biologi - Genetik, økologi og evolution på Aarhus Universitet.

På computeren ligger der utallige filer med DNA-sekvenser fra forskellige organismer, der er indhentet fra vandprøver af udvalgte danske vandløb.

Akkurat ligesom os mennesker, efterlader fisk, krabber, insekter, tang, alger og frøer mm. nemlig usynlige spor af arvemateriale i vandet i form af rester af fx afføring, hud og skæl.

Som en detektiv trevler Mads Reinholdt Jensen sig igennem DNA-sporene for at fastslå, præcist hvilke arter, der har sat sine genetiske aftryk i vandprøven.

DNA fra miljøprøver af fx vandløb hedder Miljø-DNA - eller eDNA (‘Environmental DNA’) - og er lige nu godt i gang med at revolutionere, biologernes kortlægningen af klodens biodiversitet.

BIO har talt med Mads Reinholdt Jensen om det banebrydende værktøj, der kan give os et større indblik i klodens skrantende biodiversitet - og måske hjælpe os med at redde den.

Vandløbenes helbred skranter

Som BIO tidligere har skrevet om, kæmper de danske vandløb og søer med at leve op til EU’s vandrammedirektiv, der dikterer, at vand i Europa skal opnå som minimum “god” økologiske tilstand inden 2027.

Den økologiske tilstand i vandløb og søer bliver bl.a. bedømt ud fra sammensætningen af insektarter, der befinder sig i vandområderne.

Til at fastslå vandløbets helbred bruges indikatorgrupper som fisk, planter og særligt tre grupper af insekter: døgnfluer, vårfluer og slørvinger.

De arter er særligt følsomme over for iltniveauet og forurening og bestanden af disse insekter giver derfor forskerne et godt fingerpeg om, hvordan det står til med vandløbenes helbred.

I Danmark tager biologerne temperaturen på vandløbene gennem overvågningsprogrammet NOVANA – Det Nationale Overvågningsprogram for Vandmiljø og Natur.

Traditionelt set undersøger biologerne vandløbenes biodiversitet ved at lave såkaldte sparkeprøver i vandet og indfange smådyr og insekter med fintmaskede net.

I et studie fra 2021 undersøgte Mads Reinholdt Jensen og hans kollegaer fra Aarhus Universitet, om det var muligt at kortlægge arterne i fem forskellige jyske vandløb ved hjælp af Miljø-DNA-metoden.

Miljø-DNA afslørede nye insektarter

Forskerne indsamlede otte vandprøver fra hvert af de fem vandløb. I laboratorier analyserede de det indsamlede arvemateriale og kom efter sekventeringen frem til en lang række af DNA-sekvenser i prøverne.

Dernæst slog forskerne deres DNA-sekvenser op i diverse online databaser, der oplister forskellige arters genetiske kendetegn. Ved at sammenligne kunne de konkludere, præcist hvilke insektarter Miljø-DNA’et stammede fra.

Mads Reinholdt Jensen og hans kollegaer fra Aarhus Universitet fandt genetiske fingeraftryk fra i alt 212 forskellige arter af hvirvelløse dyr i vandprøverne.

Mest opsigtsvækkende viste prøverne spor efter 12 arter, som man kun har kendskab til i vores nabolande.

“Vores studie kan bruges til at give et fingerpreg om potentielt overset biodiversitet i Danmark. På den måde føjer Miljø-DNA-analyser flere brikker til biodiversitetens ufuldstændige puslespil”, forklarer Mads Reinholdt Jensen.

Metoden er et supplement til studier i naturen

Han slår dog fast, at Miljø-DNA ikke skal få biologerne til at pakke gummistøvlerne væk og pensionere fiskenettene.

Metoden skal ses som et supplement til den mere traditionelle metode. Miljø-DNA kan nemlig ikke vise, om arterne rent faktisk bor i de undersøgte områder, samt hvor mange der er tale om.

DNA’et i vandløbene tager flere uger om at blive nedbrudt og kan derfor i teorien godt være transporteret over lange afstande uden for vores grænser.

“Miljø-DNA kan ikke dokumentere, hvor gamle dyrene er, hvilket køn, de har, og hvorvidt de er døde eller levende. For at få et mere fyldestgørende indblik i biodiversiteten i et specifikt miljø, er man altså nødt til at lave mere klassiske observationer”, siger Mads Reinholdt Jensen.

Potentialet for miljø-DNA er kæmpestort

Miljø-DNA er først for alvor begyndt at bryde igennem i disse år, men metoden har faktisk eksisteret siden slutningen af 1980’erne, fortæller Mads Reinholdt Jensen.

“Dengang brugte man Miljø-DNA til overvågning af bakterier. Det er først inden for særligt det seneste årti, at Miljø-DNA også er begyndt at blive brugt til klassisk naturovervågning”, siger han.

Mads Reinholdt Jensen vurderer, at metoden vinder enormt terræn i forskningsverdenen i disse år.

Bevæger man sig væk fra universiteterne og ind i den private sektor er begejstringen for det banebrydende DNA-værktøj dog sværere at få øje på.

“Meget få private aktører er gået ind i Miljø-DNA endnu. Det skyldes blandt andet, at det kræver dyre laboratoriefaciliteter at gennemføre DNA-analyserne. Så start-up prisen for Miljø-DNA er høj, men når det først er oppe at køre, så spiller det også uden de helt store omkostninger”, siger han. 

I Storbritannien har virksomheden 'NatureMetrics' gået all in på metoden og laver miljø-DNA-baseret naturovervågning som bestillingsarbejde med stor succes. 

Der findes ikke lignende eksempler på private aktører i Danmark, som aktivt bruger miljø-DNA i deres arbejde, men Mads Reinholdt Jensen er overbevist om, at det nok skal komme. 

“Det private marked herhjemme viser stigende interesse for Miljø-DNA, og jeg er overbevist om, at vi vil se metoden mere udbredt i privat regi inden for en overskuelig årrække”.

Ser du det her værktøj som et redskab til at højne biodiversiteten på sigt?
”Jeg ser det først og fremmest som en måde hvorpå vi kan danne os et overblik over den biodiversitet, der er til stede. Dette i sig selv er meget tidskrævende med konventionelle metoder, og kræver ekspertbestemmelser af mange af dyre- og plantearterne. Men eDNA kan potentielt godt være en indikator på, hvilke steder man bør sætte ind i forhold til at forsøge at forbedre den økologiske tilstand i vandløbene fx", siger han.

Potentialet for Miljø-DNA som værktøj til at kortlægge klodens biodiversitet er dog kæmpestort, mener Mads Reinholdt Nielsen.

Han forestiller sig, at vi i fremtiden vil bruge Miljø-DNA til konstant at overvåge planetens biodiversitet på samme vis, som vi i dag bruger vejrstationer til konstant at levere information om vejret fra hele verden.

“Hvis vi får automatiseret Miljø-DNA-indsamlingen og sat den i system i global skala, bliver teknologien for alvor interessant. Så kan Miljø-DNA give os et langt mere nuanceret indblik i, hvordan klodens samlede biodiversitet rent faktisk har det – og hvordan den ændrer sig over tid i en verden præget af klimaforandringer”, siger han.