Ochrona różnorodności biologicznej dzięki monitorowaniu siedlisk trawy morskiej
Trawy morskie to podwodne rośliny kwitnące, które stanowią podstawowy filar przybrzeżnych ekosystemów morskich. Wśród ich korzyści można wymienić fakt, że wiążą i magazynują więcej dwutlenku węgla niż lasy lądowe, a jednocześnie przyczyniają się do rozwoju rybołówstwa, poprawiają jakość wody oraz zapewniają ochronę linii brzegowej przed erozją. Posidonia oceanica(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to gatunek występujący wyłącznie w Morzu Śródziemnym, który ma kluczowe znaczenie dla regionalnej gospodarki ze względu na jego wpływ na turystykę i rybołówstwo. „Ciągła presja ze strony człowieka, postępująca urbanizacja, turystyka, przełowienie, a także spływanie substancji odżywczych i nasilające się burze – prowadzą do zaniku siedlisk trawy morskiej w Morzu Śródziemnym. Bez gatunku Posidonia oceanica cały ten ekosystem ulegnie załamaniu”, wyjaśnia Nicole Foster, koordynatorka projektu POSIDONIArXiv, którego zespół opracował nowatorskie podejście do monitorowania różnorodności biologicznej ekosystemów trawy morskiej.
Wnioski płynące z trzech metod monitorowania
Aby ocenić współczesną różnorodność biologiczną siedlisk porastanych przez trawy Posidonia oceanica oraz ustalić, czy osady z okresu starożytności umożliwiają badanie tego aspektu na przestrzeni wieków, zespół projektu POSIDONIArXiv, który otrzymał wsparcie ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zastosował i porównał trzy metody. Oprócz podwodnych badań wizualnych oraz analizy fauny osadowej pod mikroskopem, badacze podjęli współpracę z Uniwersytetem w Kopenhadze(odnośnik otworzy się w nowym oknie), by w ramach projektu POSIDONIArXiv przeprowadzić analizę środowiskowego DNA (eDNA) - materiału genetycznego pozostawianego przez organizmy morskie w oceanie. Badacze pozyskali materiał genetyczny z osadów powierzchniowych oraz rdzeni osadowych sięgających głębokości jednego metra. Wykorzystanie rdzeni osadowych umożliwia naukowcom analizę swoistych kapsuł czasu i obserwację zmian różnorodności biologicznej w okolicach wysp Ibiza i Formentera na hiszpańskich Balearach. Wybór tych miejsc był podyktowany chęcią badania różnych poziomów oddziaływania człowieka - wysokiego i niskiego. Skuteczność wykrywania taksonów na podstawie DNA środowiskowego z osadów była bliższa wynikom badań fauny dennej niż badań wizualnych. Choć dzięki badaniu środowiskowego DNA badaczom udało się odkryć znacznie więcej taksonów niż przy użyciu dowolnej z metod, zdaniem Foster rezultaty mogą przedstawiać tendencyjny obraz taksonów morskich ze względu na faworyzowanie organizmów osadowych. „Niemniej jednak tego rodzaju badania mogą być istotnym źródłem informacji na temat ekosystemu i alternatywą w sytuacjach, gdy problemy z widocznością lub dostępem utrudniają przeprowadzanie innych badań morskich”, zauważa Foster, badaczka Hiszpańskiej Narodowej Rady Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która jest gospodarzem projektu.
Dawne i współczesne ekosystemy trawy morskiej
Datowanie przy pomocy izotopów węgla umożliwiło ustalenie, że najgłębsze części rdzeni osadowych mają nawet 1 000 lat. W ramach analiz biogeochemicznych zespół scharakteryzował skład próbek, a przekroje osadów zostały poddane analizie pod kątem zawartości węgla organicznego i nieorganicznego, wielkości ziaren oraz izotopów węgla. W specjalistycznych laboratoriach badacze wyizolowali kod DNA z tych osadów w celu amplifikacji regionów genetycznych przy użyciu reakcji łańcuchowej polimerazy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PCR), co pozwoliło na identyfikację organizmów morskich poprzez dopasowanie identyfikatorów genetycznych do ich odpowiedników znajdujących się w bazie danych. „Wybraliśmy regiony genów obejmujące całe drzewo życia, aby wykryć różnorodność organizmów morskich zamieszkujących ekosystemy oparte na trawie Posidonia oceanica”, dodaje Foster. „Choć wykrywanie organizmów morskich jest ważne, to zrozumienie procesu tworzenia przez nie funkcjonujących i stabilnych ekosystemów zapewnia lepszy wgląd w stan siedlisk trawy morskiej”. W ramach współpracy z Uniwersytetem w Zurychu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Foster zestawiła dane troficzne dotyczące organizmów wykrytych dzięki badaniom środowiskowego DNA, aby ustalić jak tworzą sieci, badając jednocześnie zagnieżdżenie gatunków i ich rotację w czasie. Prace w tym zakresie są nadal w toku.
Monitorowanie różnorodności biologicznej w siedliskach trawy morskiej dzięki eDNA
Skuteczniejsze monitorowanie różnorodności biologicznej w tych siedliskach przynosi szereg korzyści z punktu widzenia ochrony traw morskich, a także lokalnego środowiska i gospodarki. Wykorzystanie DNA środowiskowego w celu rekonstrukcji dawnych ekosystemów może dostarczyć informacji, które w innym przypadku byłyby niedostępne, w tym danych na temat ich naturalnego stanu. „Oprócz lepszej ochrony siedlisk Posidonia oceanica, badanie zmian wywołanych przez człowieka pozwoli ustalić priorytety dotyczące gatunków wymagających ochrony”, zauważa Foster. Obecnie zespół pracuje nad dalszą analizą DNA środowiskowego z rdzeni osadowych, aby uzyskać pełniejszy obraz historycznych zmian zachodzących w tych wrażliwych środowiskach na przestrzeni czasu. Wyniki badań zostaną przedstawione władzom na Balearach. Jak podsumowuje Foster: „Nasze nowe podejście oparte na badaniu DNA środowiskowego pochodzącego z osadów powierzchniowych można zastosować w ramach programów monitorowania działań w zakresie ochrony przyrody”.
