La nueva herramienta ayudará a censar los océanos, monitorear los peces, rastrear los cambios de la vida marina. El ADN ambiental hace del océano un mar de información biológica.
La humanidad está un paso más cerca de responder una de las preguntas más antiguas: ¿Cuántos peces hay en el mar?
Una publicación científica determinó que la cantidad de ADN ambiental de los peces recogidos en las muestras de agua están estrechamente correlacionada con los kilogramos de pescado capturados en las redes de arrastre.
En un estudio revolucionario, los científicos informan que los fragmentos flotantes de ADN encontrados en pequeñas muestras de agua revelan la biomasa relativa de los peces en el mar, de igual forma que el “estándar de oro” de las redes de arrastre de un Gobierno Estatal de EE.UU.
Los investigadores tomaron muestras de agua de mar durante las campañas de monitoreo con redes de arrastre del Gobierno de New Jersey y analizaron el agua para encontrar el ADN de los peces.
Los análisis del agua fueron capaces de revelar la abundancia relativa de los peces con una coincidencia del 70% en los resultados entre los dos métodos de muestreo.
Además de la gran concordancia entre los métodos, el estudio permitió determinar que cada método de muestreo arrojaba información que el otro pasaba por alto.
Mientras que el ADN ambiental (eDNA) ha sido probado anteriormente como una forma viable de determinar la variedad de los peces en un área de agua, el nuevo estudio es el primero en mostrar que los fragmentos de eDNA que flotan en el agua de mar también revelan la abundancia relativa de especies que lo atraviesan.
Publicado en el ICES Journal of Marine Science, el artículo certifica la “pesca de ADN” como un complemento económico e inofensivo de las redes, la acústica y otros métodos establecidos para monitorear la salud de las poblaciones de peces y/o los cambios en la diversidad, la distribución y la abundancia de vida acuática.
El documento, una colaboración entre The Rockefeller University, Monmouth University, y el New Jersey Bureau of Marine Fisheries, indica que la información sobre la diversidad y abundancia relativa de peces disponibles en una muestra de un litro de agua es comparable a 66 millones de litros de un barrido de arrastre, suficiente agua de mar para llenar un estadio de fútbol americano hasta la parte superior de los postes de la portería.
Durante cuatro travesías del New Jersey Ocean Trawl Survey en 2019 a bordo del buque de investigación “Sea Wolf”, los científicos liderados por el Dr. Mark Stoeckle, investigador principal asociado al The Rockefeller University Program for the Human Environment, sacaron muestras de agua de varias profundidades en botellas de 1 litro, justo antes de que bajaran las redes de arrastre.
El hallazgo tiene profundas implicaciones para mejorar la gestión de las pesquerías en el mundo y ha llevado a generar propuestas como el «Great American Fish Count» en ríos y aguas costeras, con la ayuda de millones de “científicos ciudadanos”, comparable al gran Great Backyard Bird Counts de Audubon.
Los peces y otros organismos liberan el ADN como si fuera la caspa, explica Stoeckle, dejando un rastro invisible dondequiera que naden. Este ADN ambiental puede ser células de la piel, excrementos, orina, huevos y otros residuos biológicos que duran unos días en el océano.
Un año de muestra con eDNA a un costo del alcance de cualquier bolsillo
El proceso del eDNA es sencillo y extremadamente económico en comparación con los métodos tradicionales de monitoreo de vida marina, que involucran barcos con grandes tripulaciones y recuento manual.
El co-autor Zachary Charlop-Powers en The Rockefeller University, desarrollar principal del software utilizado en los análisis de ADN, explica que las pruebas de eDNA implica recolectar y filtrar una muestra de agua, extraer y secuenciar el ADN en un laboratorio, y luego comparar los resultados en una biblioteca de referencia en línea de ADN.
“Las herramientas bioinformáticas utilizadas por el equipo son las mismas para el análisis de ‘código de barras’, que suelen utilizar los microbiólogos, pero que fueron adaptados para el estudio de vertebrados marinos”.
El investigador señala que el año de muestreo y extracción de ADN requirió de una inversión de solo $12,000, sin incluir los salarios.
“Las aplicaciones del ADN ambiental en el ámbito marino son vastas” dijo Stoeckle.
“eDNA ofrece una forma de bajo costo de monitorear la efectividad de un área protegida marina, por ejemplo, o si los esfuerzos para restaurar un arrecife de coral están teniendo éxito. Esto podría revelar los efectos ecológicos de las actividades industriales marinas, incluido los parques eólicos marinos, el petróleo y las plataformas de gas, la pesca comercial y recreativa”.
Stoeckle agrega: “Para poner esto en perspectiva, si pensamos en una red de arrastre como una tomografía computarizada o resonancia magnética completa, entonces el eDNA se puede considerar como una ecografía de bolsillo, se puede llevar y usar en cualquier lugar del hospital, sin el tiempo y los gastos de programas un examen a gran escala. Y los monitoreos de eDNA serán mejores y más informativas cada año a medida que la técnica mejore y la biblioteca de referencia de ADN crezca”.
Por su parte, el Dr. Jason Adolf, profesor asociado adjunto de Marine Science, Monmouth University, co-autor del estudio, manifestó: “eDNA también podría usarse para identificar la vida en regiones oceánicas de difícil acceso con redes de arrastre, como áreas muy rocosas o lugares demasiado o poco profundos”.
Asimismo, el Dr. Keith J. Dunton, un experto en especies de peces en peligro de extinción, señala que los resultados son prometedores para las especies raras y comunes.
“El eDNA junto con otras tecnologías como la telemetría acústica ofrece una forma sensible y no extractiva de monitorear la disminución y recuperación de especies raras, amenazadas y el peligro” destacó.
“No tenemos que someterlos a una captura estresante para saber que están allí”.
Las prospecciones de arrastre, la principal herramienta utilizada para monitorear las poblaciones de peces, tienen protocolos cuidadosamente establecidos y proporcionan información muy útil, pero son costosas, requieren mucho tiempo y de equipo especial, además de expertos en identificación.
Los monitoreos de New Jersey cada temporada implican el despliegue de una red de arrastre de fondo, similar a la que se usa en la pesca comercial, detrás de un barco sobre un patrón determinado.
Las capturas en las redes se izan y clasifican en tablas donde se registra el peso de cada especie identificada. Cada tres meses se realizan entre 30 y 40 arrastres.
Comparación de la prospección de arrastre y la prospección de eDNA
Para comparar la prospección de arrastre con la prospección de eDNA, los investigadores recolectaron muestras de litro de agua en la superficie y el fondo antes que se realizará el arrastre. Sin embargo, solo tomaron muestras antes de cada cuarto arrastre.
Cuando los datos de las dos prospecciones fueron analizadas, el monitoreo con eDNA permitió identificar la mayoría de las especies, y también especies no capturadas durantes el arrastre; y lo hizo con solo una cuarta parte de las muestras tomadas y una fracción del esfuerzo requerido.
El informe reporta que la mayoría (70 a 87%) de las especies detectadas por el arrastre también fueron detectadas por el ADN ambiental, y viceversa, incluidas casi todas las especies abundantes (92 a 100%). Por el contrario, la mayoría que no fueron identificados fueron taxones relativamente raros.
La abundancia estacional para el arrastre y el eDNA se determinó en cerca de 70% de las especies de peces.
En otras comparaciones, las “lecturas” mensuales de ADN ambiental se correlacionan con el peso mensual, o la biomasa, de las especies capturadas en la red de arrastre.
El informe de eDNA “concuerda en gran medida con las estimaciones mensuales de las redes de arrastre sobre la riqueza, la composición, la estacionalidad y la abundancia relativa de especies de peces marinos”.
“Es importante comprender que los resultados de ambos métodos son verdaderos y complementarios” destacó Stoeckle. “Ellos capturan mucha información superpuesta y concordante, así como información única para cada método”.
Gregory Hinks del New Jersey Department of Environmental Protection, otros de los co-autores con su colega Stacy M. VanMorter de Bureau of Marine Fisheries agrega: “Durante tiempos como el COVID cuando no es seguro realizar monitoreos con grandes tripulaciones, el método de eDNA nos permite mantener cierta continuidad en nuestros estudios. En cualquier caso, incorporar el ADN ambiental a un monitoreo puede permitirnos mantener algo de continuidad en nuestros estudios. En cualquier caso, incorporar eDNA puede proveernos de una forma asequible para mejorar la evaluación de las poblaciones de peces marinos”.
El informe recomienda un mayor número de investigaciones, para una mejor calibración de las lecturas de eDNA para la masa corporal de los peces, ¿cuanto ADN se desprende de 1000 anchovetas que pesan 1 kilogramo, por ejemplo, en comparación con una lubina de un kilogramo? y ¿Cómo contabilizar las lecturas de eDNA que pueden ser el resultado de una herida debido al ataque de un depredador?
Debido a que la recolección de agua para el eDNA es tan rápida y fácil de hacer, los buques de investigación u oceanográficos y las embarcaciones comerciales y de recreo pueden recolectar muestras mientras se trasladan de un lugar a otro. Incluso podrían desplegarse drones para recolectar las muestras de agua.
Con estudios adicionales en aguas marinas y dulce, las estimaciones del número de animales usando el ADN ambiental continuará mejorando, así como los bancos de datos de referencia de ADN que permiten una identificación confiable de especies acuáticas.
Perspectivas para el uso del ADN ambiental
El eDNA abre el camino a monitoreos de valor, calidad y asequibilidad sin precedentes, dijo Jesse Ausubel, director de The Rockefeller University’s Program for the Human Environment, quien desarrolló y ayudó a supervisar el primer Census of Marine Life, una colaboración de unos 2700 científicos en 80 países durante una década (2000-2010).
“El ADN ambiental hace del océano un mar de información biológica” dijo el investigador. “En EEUU podríamos organizar un Great American Fish Count con millones de científicos ciudadanos que podrían recolectar muestras de agua para determinar el eDNA en todas nuestras aguas. A nivel mundial, el incipiente UN Decade of the Oceans podría incluir un Great Global Fish Count desde el fondo a la superficie del mar y cerca de la costa hasta la mitad del océano, durante solo un día o una semana”.
Tony MacDonald, Director del Monmouth University Urban Coast Institute, manifestó: “Nuestro instituto y los científicos estaban emocionados en apoyar este trabajo innovador, una de las varias sociedades en los últimos años entre UCI y el The Rockefeller University Program for the Human Environment.»
“Esperamos tener la oportunidad de continuar y expandir nuestra colaboración el Department of Environmental Protection Marine Fisheries de New Jersey y la National Oceanic and Atmospheric Administration en el futuro para avanzar aún más en la investigación de eDNA”.
Tecnologías ómicas para monitorear poblaciones de peces
Tim Gallaudet, Ph.D., Rear Admiral, U.S. Navy (Ret.) Assistant Secretary of Commerce for Oceans and Atmosphere and Deputy NOAA Administrator dijo: “NOAA está avanzando rápidamente en las tecnologías ómicas, incluido el eDNA, para mejorar nuestra capacidad de monitorear y comprender las comunidades biológicas en nuestros océanos y los Grandes Lagos”.
“A través de la ‘Omics Strategy’ de NOAA y nuestro próximo plan de implementación, hemos definido objetivos y pasos prácticos para integrar las tecnologías ómicas modernas para ayudar a cumplir nuestra misión. La colaboración con la Rockefeller University y otros socios nos permitirá expandir y avanzar en la investigación omica y eDNA en apoyo directo de la economía azul estadounidense”.
La omica hace referencia a un conjunto de métodos avanzados que se utilizan para analizar material como ADN, ARN, proteínas o metabolitos.
Aplicaciones del eDNA marino
Las aplicaciones potenciales del ADN ambiental marino incluyen:
– Exploración: descubrimiento de especies previamente desconocidas en ciertos rangos
– Descubrimiento de especies raras y otras desconocidas para la ciencia (o ausente en una base de datos del genoma)
– Muestreo en lugares remotos, de difícil acceso
– Evaluación del tamaño de las poblaciones de peces
– Identificación de la variedad de animales marinos
– Determinar el efecto de la designación de un área protegida sobre los peces y otros animales marinos, y otras formas de restauración ecológica
– Monitorear el efecto sobre las especies marinas de las operaciones acuícolas, operaciones de petróleo y gas en alta mar, o parques eólicos
– Determinar los efectos de los arrecifes artificiales, de las tormentas severas y otras perturbaciones de los ecosistemas marinos, incluida las floraciones de algas nocivas (mareas rojas)
– Monitoreo de especies vulnerables, amenazadas o en peligro de extinción, especies invasoras o la presencia de especies peligrosas para los bañistas
– Medir los impactos de la variabilidad climática
– Mapear la diversidad, la distribución, la migración y la abundancia de los animales marinos, incluido las especies invasoras y las especies populares entre los pescadores deportivos.
Acerca de
Programme for Human Environment, The Rockefeller University
NJ Bureau of Marine Fisheries, Department of Environmental Protection
Referencia (acceso abierto):
Mark Y Stoeckle et al. Trawl and eDNA assessment of marine fish diversity, seasonality, and relative abundance in coastal New Jersey, U.S.. ICES Journal of Marine Science.Published: 3 December 2020. doi.org/10.1093/icesjms/fsaa225
