• Vigtigste
  • >
  • miljø + energi
  • >
  • Forskere bruger DNA til at studere havlivet og afsløre den skjulte mangfoldighed af zooplankton

Forskere bruger DNA til at studere havlivet og afsløre den skjulte mangfoldighed af zooplankton

Anonim

Marine zooplankton er små dyr, stort set størrelsen af ​​insekter, du kan se på en sommerdag, der drev med havstrømme. Mange af dem er dejlige, men med undtagelse af forskere, der studerer dem, er få mennesker klar over, at de er blandt de mest talrige - og vigtige - dyr på Jorden.

Min forskning fokuserer på marine zooplankton, som jeg tænker på som "karismatisk mikrofauna." Disse minut organismer er nøgleaktører i open ocean food webs og kritisk, da de er den foretrukne mad til mange fisk. Mange arter antages at findes i hele det globale hav.

Mere end 7.000 dyreplanktonarter er blevet beskrevet, men vi ved ikke, hvor mange samlede arter der findes. Da de er vigtige fødekilder til større fisk og reagerer hurtigt på miljøskift og klimaændringer, er det vigtigt at vide mere om zooplankton for at forstå havets økosystemers sundhed.

Mit laboratorium har fået ny viden om zooplanktondiversitet ved at bruge billig og nem at bruge DNA-sekventering. Disse tilgange giver nye værktøjer til at identificere arter. Ifølge nogle skøn kan der være så mange som 70.000 ukendte og overset dyreplanktonarter, der endnu ikke er opdaget.

Nøgleforbindelser i havets økosystemer

Det åbne hav er den største volumenmængde på Jorden. Fordi marine zooplankton er så mange og forskelligartede, hjælper de med at skabe komplekse madbaner med flere veje til hvem-spiser-hvem. Men ændringer i miljøforholdene, herunder global opvarmning, kan forstyrre disse systemer ved at ændre zooplanktonens mangfoldighed og distribution.

I øjeblikket skifter nøgle zooplankton arter poleward på jagt efter køligere farvande i et opvarmende hav. Dette forårsager store forstyrrelser for havets økosystemer. F.eks. Tørrede torskefiskeriet i Nordsøen efter zooplanktonarten, som var fiskens foretrukne bytte, blev erstattet af en anden nært beslægtet copepod-art, der flyttede nordpå som reaktion på den globale opvarmning.

Begivenheder som dette viser, at zooplankton kan spille kritiske roller i havøkosystemer, selvom forskerne ved meget lidt om dem og måske ikke sætter pris på betydningen af ​​en given art, før den er væk.

Mange faktorer gør det udfordrende at måle marine dyreplanktondiversitet. For det første er det svært at samle prøver fra dybhavet. Forskerskibe opererer døgnet rundt, hvor forskere om bord normalt arbejder to seks timers ure hver dag. Vi prøver dyreplankton ved hjælp af elektronisk styrede, meget komplekse net systemer.

Når nettet genvindes, indeholder prøverne mange forskellige arter, og dyrene lever sædvanligvis stadig. De flyttes omhyggeligt i bakker til observation og artidentifikation. På trods af den krævende tidsplan og det hårde arbejde har jeg elsket at gå til havs og har været på mange krydstogter, herunder fantastiske udforskninger af polarområderne i de arktiske og antarktiske oceaner.

For min forskning bliver prøver indsamlet til søs hurtigt bevaret til genetisk analyse, som normalt gøres tilbage i laboratoriet. Dette er omhyggeligt arbejde. Zooplankton som en gruppe er taxonomisk kompleks, hvilket betyder at de omfatter mange vanskelige at identificere og sjældne arter. Også mange vigtige marine organismer, herunder fisk, mangler diagnostiske egenskaber i deres umodne (larval) stadier.

Identifikation af dyreplanktonarter med genetiske markører

For at forstå, vurdere og styre marine økosystemer er det afgørende at have information om forskelligheden af ​​arter, der gør dem op. Men at erhverve disse oplysninger ved hjælp af traditionelle metoder er kedelig, dyr og langsom.

Jobbet falder til ekspertmorfologiske taxonomer, der kan bruge år til at lære at genkende subtile egenskaber, der markerer forskelle mellem arter. Da der er 7.000 beskrevne dyreplanktonarter, der spænder over 15 phyla og mere end 30 forskellige grupper, kan dette arbejde involvere store hold.

Men molekylære metoder giver vigtige nye indsigter. Min laboratoriegruppe bruger forskellige molekylære tilgange til at studere populationsøkologi, populationsgenetik, artens mangfoldighed og andre spørgsmål om marine zooplankton.

En effektiv tilgang er at bruge DNA stregkoder - korte sekvenser af DNA - for at identificere og skelne arter. For at gøre dette, sekvenserer vi DNA fra en genetisk region, der vides at forekomme i alle zooplankton, men varierer markant fra art til art.

Mit laboratorium har bestemt DNA stregkoder for mange dyreplanktonarter. Vi bruger en del af mitokondrie cytokrom oxidase I (COI) genet, som er den mest sekventerede genregion for analyse af artens mangfoldighed blandt marine dyr. Den voksende stregkode database er blevet sammenlignet med en Rosetta Stone for arter identifikation af globale zooplankton. COI-sekvenser for tusindvis af arter af marine dyr er nu tilgængelige. De opretter et uvurderligt referencebibliotek, som kan bruges som grundlag for næstegenerativ miljøsekvensering, også kendt som metabarcoding.

Brug af metabarcoding fremskynder vores arbejde, fordi vi kan sekvensere DNA fra zooplanktonprøver uden at identificere individuelle prøver. Denne "high-throughput" DNA-sekventering giver millioner af sekvenser eller metabarkoder, der repræsenterer målgenregionen for hele prøven. De resulterende sekvenser kan identificeres ved at matche til en database af sekvenser for kendte dyreplanktonarter.

Brug af metabar-kodning til at analysere dyreplanktondiversitet udviser rutinemæssigt og pålideligt mange udfordringer. Et voksende samfund af forskere arbejder imidlertid på at opbygge referencedatabaser, der forbinder DNA-stregkoder med artenavne til zooplankton indsamlet overalt og overalt i det globale hav.

En global indsats

Forskere forventer, at DNA-barcoding og metabarcoding vil revidere de globale estimater af dyreplanktondiversitet væsentligt. Men vi kan kun realisere det bemærkelsesværdige løfte om disse tilgange gennem global konversation, samarbejde og samarbejde.

Flere internationale samarbejdsindsatser har banet vejen. De omfatter 2004-2010 Census of Marine Zooplankton, som identificerede tusindvis af arter og beskrevet hundreder af nye arter, der tidligere var ukendte for videnskaben. Jeg er medlem af Arbejdsgruppen for Integreret Morfologisk og Molekylær Taksonomi, som bærer dette arbejde fremad. Dybere indsigt i dyreplanktonets biodiversitet vil danne grundlag for fremtidig forskning, overvågning og forvaltning af de største levesteder på Jorden - det åbne hav.

Forrige Artikel «
Næste Artikel