ADN Ambiental: una nueva forma de comprender los ecosistemas
Fecha de Publicación: 23/07/2020
Fuente: National Geographic
País/Región: Internacional
Varios estudios informan del gran potencial del ADN Ambiental como método no invasivo para la obtención de información y censo de poblaciones en ecosistemas acuáticos
Hace ya algunos años que ecólogos de todo el mundo comenzaron a estudiar el ADN que, perteneciente a todo tipo de organismos, vaga libremente y puede hallarse a la deriva en el agua de océanos, ríos o lagos de cualquier rincón del planeta. Conocido como ADN ambiental -ADNe- este material genético presenta un gran potencial para evaluar la distribución de los organismos en todo tipo de ecosistemas acuáticos, y aunque la disciplina aún se enfrenta a numerosos desafíos en el futuro, parece que las aplicaciones cuantitativas del ADN Ambiental comienzan a dar sus primeros frutos.
Así, en un artículo publicado recientemente en la revista Molecular Ecology titulado Estimating fish population abundance by integrating quantitative data on environmental DNA and hydrodynamic modelling, investigadores de varias universidades japonesas acaban de informar sobre un nuevo método para estimar la abundancia poblacional de varias especies de peces - o una especie acuática concreta - mediante la medición de la concentración de este ADN libre en el agua. Los resultados dan fe del gran potencial para el censo no invasivo de la biodiversidad en los ecosistemas acuáticos.
ADN a la deriva
Aunque en un ecosistema acuático podemos hallar el ADN liberado por los organismos que en ellos habitan, también es cierto que diferentes procesos que actúan en el ecosistema pueden someter al mismo a una intensa degradación. "Esto complica y limita el modo tradicional de muestreo de poblaciones basado en el ADN ambiental", explica Keiichi Fukaya, investigador asociado del Instituto Nacional de Estudios Ambientales de Japón y autor principal del artículo. "Pensamos que estos procesos fundamentales: el desprendimiento de ADN, el transporte y su degradación, deberían tenerse en cuenta cuando estimamos la abundancia de una población a través del ADN", añade.
Para tener en cuenta estas variables el equipo de Fukawa implementó un modelo hidrodinámico numérico que explícitamente incluye estos procesos para obtener una foto real de la abundancia de especie presentes en un ecosistema acuático. "Al resolver este modelo en la 'dirección inversa', pudimos estimar la abundancia de la población de peces en función de la distribución observada de ADNe" continúa el investigador. De este modo, los autores pudieron comprobar en un experimento realizado en la Bahía de Maizuru, en Japón, que la población de jurel japonés -Trachurus japonicus- obtenida por el nuevo y depurado método era comparable al realizado mediante otras técnicas más tradicionales como el muestreo por ecosonda.
"La ideas de este estudio forman una piedra angular hacia el monitoreo cuantitativo de los ecosistemas a través del análisis ambiental del ADN" explica el profesor Michio Kondoh de la Universidad de Tohoku,."Combinando las observaciones de campo con las técnicas de biología molecular y el modelado matemático y estadístico, en muy poco tiempo el ADN ambiental podría tener aplicaciones que van mucho más allá del simple conteo estadístico de las poblaciones de organismos".
El caso suizo
En los ecosistemas acuáticos de todo el mundo, particularmente en los ecosistemas de agua dulce, muchos organismos se enfrentan a una disminución masiva de sus poblaciones. Por ejemplo, en los ríos, numerosas especies de peces, bacterias e invertebrados acuáticos como los plecópteros, las efímeras o las libélulas, cruciales para el funcionamiento correcto de estos ecosistemas, actúan como marcadores de este declive. Entre las causas se encuentran la homogeneización del hábitat, la contaminación por pesticidas y nutrientes o la propagación de especies no nativas.
Para comprender y proteger los ecosistemas ribereños es esencial evaluar su biodiversidad. Ahora, también un novedoso estudio llevado a acabo por la Universidad de Zúrich -UZH- y el Instituto Federal Suizo para la Tecnología y Ciencias del Agua, ha desarrollado un nuevo enfoque para predecir patrones de biodiversidad en ecosistemas fluviales. El trabajo, titulado Environmental DNA allows upscaling spatial patterns of biodiversity in freshwater ecosystems y publicado en la revista Nature Communications combina por primera vez el estudio del ADN Ambiental con modelos hidrológicos para hacer predicciones de alta resolución sobre el estado de la biodiversidad en cuencas fluviales de cientos de kilómetros cuadrados".
Predicción de biodiversidad de alta precisión
"Todos los organismos desprenden parte de su ADN al Medio Ambiente. Al recolectar muestras de agua y extraer y secuenciar el llamado ADN Ambiental, podemos determinar la biodiversidad mucho más rápido y de manera menos invasiva que identificando los propios organismos", explica Florian Altermatt, profesor del Departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la Universidad de Zúrich. "Dado que el ADN en los ríos puede acabar kilómetros más abajo debido al transporte de la corriente, este método también nos proporciona una valiosa información sobre la presencia de organismos en la cuenca aguas arriba". Así, a partir de modelos matemáticos basados en principios hidrológicos, los científicos pudieron reconstruir los patrones de biodiversidad para la cuenca -de 740 kilómetros cuadrados- del río Thur. "Nuestro modelo coincide con los resultados obtenidos para la presencia local de insectos acuáticos obtenida por observación con una precisión sin precedentes, del 57 al 100%", explica Luca Carraro, autor principal del estudio.
La cuenca de Thur es representativa de muchos tipos de uso de la tierra, entre los que se incluyen la presencia de bosques, la agricultura y el asentamiento de poblaciones humanas, por lo que sirve como un ejemplo generalizable a muchos tipos de ecosistemas ribereños. Además, el nuevo método puede usarse para evaluaciones a gran escala y de alta resolución del estado y los cambios de la biodiversidad incluso con un conocimiento previo mínimo del ecosistema ribereño. "Específicamente, este enfoque permite identificar puntos críticos de biodiversidad que de otro modo podrían pasarse por alto, lo que facilita implementar estrategias de conservación muy concretas para cada especie amenazada", agrega Altermatt.
Actualmente, muchos países están estableciendo el biomonitoreo acuático utilizando ADNe, y podrían beneficiarse del nuevo método desarrollado por el equipo de la UZH. Según Altermatt, Suiza mantiene un papel de liderazgo en este campo: "La transferencia del conocimiento científico a la aplicación es muy rápida. Ahora estamos puliendo las pautas a seguir por la Oficina Federal de Medio Ambiente para usar el ADNe en el censo estándar de la biodiversidad, lo que facilitará su descripción y monitoreo en toda la red de ríos y arroyos suizos, de aproximadamente 65.000 kilómetros en total" concluye.
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Fuente: National Geographic
País/Región: Internacional
Varios estudios informan del gran potencial del ADN Ambiental como método no invasivo para la obtención de información y censo de poblaciones en ecosistemas acuáticos
Hace ya algunos años que ecólogos de todo el mundo comenzaron a estudiar el ADN que, perteneciente a todo tipo de organismos, vaga libremente y puede hallarse a la deriva en el agua de océanos, ríos o lagos de cualquier rincón del planeta. Conocido como ADN ambiental -ADNe- este material genético presenta un gran potencial para evaluar la distribución de los organismos en todo tipo de ecosistemas acuáticos, y aunque la disciplina aún se enfrenta a numerosos desafíos en el futuro, parece que las aplicaciones cuantitativas del ADN Ambiental comienzan a dar sus primeros frutos.
Así, en un artículo publicado recientemente en la revista Molecular Ecology titulado Estimating fish population abundance by integrating quantitative data on environmental DNA and hydrodynamic modelling, investigadores de varias universidades japonesas acaban de informar sobre un nuevo método para estimar la abundancia poblacional de varias especies de peces - o una especie acuática concreta - mediante la medición de la concentración de este ADN libre en el agua. Los resultados dan fe del gran potencial para el censo no invasivo de la biodiversidad en los ecosistemas acuáticos.
ADN a la deriva
Aunque en un ecosistema acuático podemos hallar el ADN liberado por los organismos que en ellos habitan, también es cierto que diferentes procesos que actúan en el ecosistema pueden someter al mismo a una intensa degradación. "Esto complica y limita el modo tradicional de muestreo de poblaciones basado en el ADN ambiental", explica Keiichi Fukaya, investigador asociado del Instituto Nacional de Estudios Ambientales de Japón y autor principal del artículo. "Pensamos que estos procesos fundamentales: el desprendimiento de ADN, el transporte y su degradación, deberían tenerse en cuenta cuando estimamos la abundancia de una población a través del ADN", añade.
Para tener en cuenta estas variables el equipo de Fukawa implementó un modelo hidrodinámico numérico que explícitamente incluye estos procesos para obtener una foto real de la abundancia de especie presentes en un ecosistema acuático. "Al resolver este modelo en la 'dirección inversa', pudimos estimar la abundancia de la población de peces en función de la distribución observada de ADNe" continúa el investigador. De este modo, los autores pudieron comprobar en un experimento realizado en la Bahía de Maizuru, en Japón, que la población de jurel japonés -Trachurus japonicus- obtenida por el nuevo y depurado método era comparable al realizado mediante otras técnicas más tradicionales como el muestreo por ecosonda.
"La ideas de este estudio forman una piedra angular hacia el monitoreo cuantitativo de los ecosistemas a través del análisis ambiental del ADN" explica el profesor Michio Kondoh de la Universidad de Tohoku,."Combinando las observaciones de campo con las técnicas de biología molecular y el modelado matemático y estadístico, en muy poco tiempo el ADN ambiental podría tener aplicaciones que van mucho más allá del simple conteo estadístico de las poblaciones de organismos".
El caso suizo
En los ecosistemas acuáticos de todo el mundo, particularmente en los ecosistemas de agua dulce, muchos organismos se enfrentan a una disminución masiva de sus poblaciones. Por ejemplo, en los ríos, numerosas especies de peces, bacterias e invertebrados acuáticos como los plecópteros, las efímeras o las libélulas, cruciales para el funcionamiento correcto de estos ecosistemas, actúan como marcadores de este declive. Entre las causas se encuentran la homogeneización del hábitat, la contaminación por pesticidas y nutrientes o la propagación de especies no nativas.
Para comprender y proteger los ecosistemas ribereños es esencial evaluar su biodiversidad. Ahora, también un novedoso estudio llevado a acabo por la Universidad de Zúrich -UZH- y el Instituto Federal Suizo para la Tecnología y Ciencias del Agua, ha desarrollado un nuevo enfoque para predecir patrones de biodiversidad en ecosistemas fluviales. El trabajo, titulado Environmental DNA allows upscaling spatial patterns of biodiversity in freshwater ecosystems y publicado en la revista Nature Communications combina por primera vez el estudio del ADN Ambiental con modelos hidrológicos para hacer predicciones de alta resolución sobre el estado de la biodiversidad en cuencas fluviales de cientos de kilómetros cuadrados".
Predicción de biodiversidad de alta precisión
"Todos los organismos desprenden parte de su ADN al Medio Ambiente. Al recolectar muestras de agua y extraer y secuenciar el llamado ADN Ambiental, podemos determinar la biodiversidad mucho más rápido y de manera menos invasiva que identificando los propios organismos", explica Florian Altermatt, profesor del Departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la Universidad de Zúrich. "Dado que el ADN en los ríos puede acabar kilómetros más abajo debido al transporte de la corriente, este método también nos proporciona una valiosa información sobre la presencia de organismos en la cuenca aguas arriba". Así, a partir de modelos matemáticos basados en principios hidrológicos, los científicos pudieron reconstruir los patrones de biodiversidad para la cuenca -de 740 kilómetros cuadrados- del río Thur. "Nuestro modelo coincide con los resultados obtenidos para la presencia local de insectos acuáticos obtenida por observación con una precisión sin precedentes, del 57 al 100%", explica Luca Carraro, autor principal del estudio.
La cuenca de Thur es representativa de muchos tipos de uso de la tierra, entre los que se incluyen la presencia de bosques, la agricultura y el asentamiento de poblaciones humanas, por lo que sirve como un ejemplo generalizable a muchos tipos de ecosistemas ribereños. Además, el nuevo método puede usarse para evaluaciones a gran escala y de alta resolución del estado y los cambios de la biodiversidad incluso con un conocimiento previo mínimo del ecosistema ribereño. "Específicamente, este enfoque permite identificar puntos críticos de biodiversidad que de otro modo podrían pasarse por alto, lo que facilita implementar estrategias de conservación muy concretas para cada especie amenazada", agrega Altermatt.
Actualmente, muchos países están estableciendo el biomonitoreo acuático utilizando ADNe, y podrían beneficiarse del nuevo método desarrollado por el equipo de la UZH. Según Altermatt, Suiza mantiene un papel de liderazgo en este campo: "La transferencia del conocimiento científico a la aplicación es muy rápida. Ahora estamos puliendo las pautas a seguir por la Oficina Federal de Medio Ambiente para usar el ADNe en el censo estándar de la biodiversidad, lo que facilitará su descripción y monitoreo en toda la red de ríos y arroyos suizos, de aproximadamente 65.000 kilómetros en total" concluye.
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