Genetisch materiaal uit de lucht zuigen kan helpen om de biodiversiteit te monitoren
Bioloog Kristine Bohmann verzamelt luchtmonsters met een handstofzuiger bij een luiaard in de dierentuin van Kopenhagen. Dierlijk DNA dat in de lucht zweeft, kan worden gebruikt om bedreigde diersoorten op te sporen, zegt Bohmann.
Op een sombere winterdag in december 2020 wandelde ecoloog Elizabeth Clare met een kleine vacuümpomp door het Hamerton Zoo Park in Engeland. Ze bleef buiten de dierenverblijven staan en hield een flexibele buis omhoog die aan de machine was bevestigd. Haar missie: dierlijk DNA uit de lucht zuigen.
Het vermogen om genetisch materiaal van dieren in de lucht te ruiken, staat al meer dan tien jaar op het verlanglijstje van wetenschappers. DNA verzameld uit water is gebruikt om aquatische soorten te volgen, waaronder zalm en haaien (SN: 5/7/18). Wetenschappers wisten dat ze omgevings-DNA, of eDNA, in de lucht konden gebruiken om soorten op het land te volgen – als ze het maar konden vangen. Nu hebben onderzoekers precies dat gedaan door stofzuigers te gebruiken, melden twee onafhankelijke groepen op 6 januari Huidige biologie.
“Het is zo’n gek idee”, zegt Clare van de York University in Toronto. “We zuigen DNA uit de lucht.”
Het idee kwam bij Clare, die het werk deed terwijl ze aan de Queen Mary University of London werkte, tijdens een eerder experiment waarin ze lucht bemonsterde buiten naakte holen van molratten. In de dierentuin lieten Clare en collega’s de vacuümpomp gedurende sessies van een half uur draaien in en rond de dierenverblijven, waarbij 72 monsters werden verzameld op 20 locaties. Vervolgens nam het team het materiaal dat in het filter van de pomp was verstrikt, terug naar het laboratorium voor analyse.
Ondertussen jaagde een ander team van de Universiteit van Kopenhagen onbewust hetzelfde idee na. Bioloog Kristine Bohmann en collega’s probeerden in de dierentuin van Kopenhagen DNA in de lucht te vangen met behulp van kleine ventilatoren die vergelijkbaar zijn met degenen die computers afkoelen. Het team experimenteerde ook met een vacuüm. Door hun constructies tussen 30 minuten en 30 uur in het tropische huis, de stallen en in de open lucht in te zetten, ontdekten de onderzoekers dat zowel de ventilator- als de vacuümmethode voldoende dierlijk DNA verzamelde.
“Het was zo leuk”, zegt Bohmann. “Het voelde alsof we gewoon konden spelen en creatief konden zijn.”
Om de techniek te testen, gebruikten beide teams een dierentuin voor hun selectie van dieren. Lucht in het wild kan DNA bevatten van onvoorspelbare plaatsen, maar in dierentuinen konden de onderzoekers het gevangen DNA in de lucht vergelijken met dieren die in exposities worden vermeld. Dat stelde de wetenschappers in staat de bron van het DNA te bevestigen en te zien hoe ver het tussen de omhuizingen reisde.
Bohmann en collega’s identificeerde 49 verschillende gewervelde soorten in de dierentuin van Kopenhagen. Ze ontdekten dieren die in de bemonsterde omhuizingen leefden, zoals okapi’s (Okapia johnstoni) in de stallen en een Dumeril’s grondboa (Acrantophis dumerili) in het regenwoudhuis. Maar de onderzoekers pikten ook zoogdieren en vogels op uit omliggende tentoonstellingen, evenals vissen die als voedsel werden gebruikt. “Dat was best verrassend”, zegt Bohmann.
In de dierentuin van Hamerton, het team van Clare identificeerde 25 verschillende soorten, waaronder niet alleen gerichte dierentuinbewoners, maar ook onverwachte. In het dingo-verblijf ontdekte het team DNA van stokstaartjes (Suricata suricatta) die op 245 meter afstand wonen.
Buitenstaanders van dierentuinen kwamen ook voor in de resultaten van elk team. Clare’s team ontdekte de Europese egel (Erinaceus europaeus), die in Engeland wordt bedreigd, terwijl de groep van Bohmann muizen en gedomesticeerde honden oppikte. Ze vingen ook een vleugje menselijk DNA op.
Het opzuigen van DNA uit de lucht kan een niet-invasieve manier zijn om vast te stellen waar bedreigde diersoorten zijn geweest door hun genetische voetafdruk op te pikken, zegt Bohmann. De methode zou een upgrade zijn van cameravallen, die alleen werken als beestjes voorbij dwalen, zegt ze.
Geen van beide teams wist dat de andere aan hetzelfde concept werkte. Ze kwamen met elkaar in contact nadat ze een vroege versie van elkaars studies op een preprint-server hadden gezien. Clare beschrijft het als “het meest enorme wetenschappelijke toeval” van een van hun levens. De teams kozen ervoor om hun studies samen te publiceren om elkaars resultaten te bevestigen en de adoptie van hun opkomende ideeën te bevorderen.
Hoe deze proof-of-concept-technologie zich in het veld zal vertalen, is onduidelijk. eDNA in de lucht in het wild is meer verspreid en detectie kan worden beïnvloed door omgevingsfactoren zoals weer en wind. Maar net zoals aquatisch eDNA de afgelopen tien jaar is gevorderd, zal eDNA in de lucht dat ook doen, zegt Clare. “Ik kijk er echt naar uit om andere mensen naar buiten te zien gaan en de techniek te gebruiken.”