Międzynarodowy projekt badawczy „DNAquaIMG: Innovative transnational aquatic biodiversity monitoring” koordynowany przez prof. Floriana Leese z Uniwersytetu Duisburg-Essen, Niemcy, wykorzystuje sekwencjonowanie nowej generacji (next-generation sequencing – NGS) i automatyczne rozpoznawanie obrazów w celu udoskonalenia monitorowania bioróżnorodności w rzekach i przyczyni się do lepszego zrozumienia zmian bioróżnorodności w Europie.
Głównym zadaniem tego projektu jest rozszerzenie działań w obrębie już istniejącego monitoringu środowiska. Zależy nam, aby uzyskać jeszcze dokładniejsze dane nie tylko na temat stanu ekologicznego rzek, ale także bioróżnorodności włączając w to bioróżnorodność na poziomie genetycznym
– mówi prof. dr hab. Karolina Bącela-Spychalska z Katedry Zoologii Bezkręgowców i Hydrobiologii, Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego.
– To bardzo ważne żebyśmy uświadomili sobie, że nasze życie jest uzależnione od innych organizmów, które funkcjonują na Ziemi – podkreśla prof. Bącela-Spychalska. – Wprowadzając jakiekolwiek zmiany, naruszamy sieci zależności i tym samym doprowadzamy do drastycznych i często nieodwracalnych zmian, które w konsekwencji odczujemy sami.
Dolina rzeki Grabi w obszarze Natura 2000
Jak badać bioróżnorodność?
Aby wykorzystać możliwości nowych metod monitorowania różnorodności biologicznej w Europie, naukowcy będą dążyć do ich wdrożenia w procedury istniejącego i sprawdzonego monitorowania jednolitych części wód powierzchniowych (JCWP) w ramach Europejskiej Ramowej Dyrektywy Wodnej (2000/60/WE), która stanowi podstawę dla rutynowego biomonitoringu rzek. DNAquaIMG, dzięki zastosowaniu nowych narzędzi, ma również na celu odpowiedź na pytanie w jaki sposób zmiany w zespołach organizmów są powiązane z różnorodnością funkcjonalną i klasą stanu ekologicznego wód. W związku z tym identyfikacja organizmów do poziomu gatunku jest konieczna dla uzyskania wiarygodnych wskazań zmian bioróżnorodności.
Dolina rzeki Grabi w obszarze Natura 2000
– W tym projekcie skupiamy się na badaniu dwóch grup organizmów standardowo stosowanych jako wskaźniki ekologicznego stanu wód – makrobezkręgowcach bentosowych i okrzemkach. Te niewielkie organizmy są kluczowe dla funkcjonowania ekosystemu i szybko reagują na zmiany, szczególnie te wynikające z działalności człowieka tj. zanieczyszczenia czy przekształcanie cieków – wyjaśnia prof. Bącela-Spychalska.
– Bezkręgowce i okrzemki są standardowo opracowywane w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska (PMŚ) zgodnego z wytycznymi Ramowej Dyrektywy Wodnej. Wraz z kolegami z jednostek partnerskich i we współpracy z organizacjami odpowiedzialnymi za monitoring wód w 10 krajach pobierzemy ich próbki i zbadamy, w jaki sposób nowe metody można zintegrować z rutynowym protokołem oraz zademonstrujemy naukową wartość dodaną uzyskanych w ten sposób wyników dla europejskiego monitorowania różnorodności biologicznej – mówi prof. dr Florian Leese z Uniwersytetu Duisburg-Essen.
– Nie wyważamy otwartych drzwi, staramy się za to udoskonalić funkcjonujący już system monitoringu – dodaje prof. Bącela-Spychalska. – W tym przypadku włączamy nowoczesne metody. Po pierwsze identyfikowanie organizmów za pomocą NGS i kodów kreskowych DNA (barkodów DNA), które pozwolą nam w krótkim czasie, z dużą dokładnością i przy niewielkim nakładzie finansowanym i osobowym zaklasyfikować organizmy dla wielu prób jednocześnie. Z drugiej strony wprowadzamy automatyczne rozpoznawanie obrazu, które identyfikuje organizmy z mniejszą dokładnością, ale pozwala na oszacowanie biomasy i udziału poszczególnych organizmów w danym zespole. Połączenie tych uzupełniających się metod daje szansę uzyskania bardzo spójnego wyniku.
Rzeka Orzechówka w Orzechowie Morskim
Jak to się robi?
Tej wiosny naukowcy wraz pracownikami Centralnego Laboratorium Badawczego GIOŚ zbiorą próby zwierząt bezkręgowych i okrzemek z wybranych rzek, które później będą sortowane, opracowane zgodnie z obecnie obowiązującymi procedurami, a następnie poddane dwóm analizom. – Te same próby będą wykorzystane do barkodowania DNA, czyli stworzenia listy gatunków na podstawie danych molekularnych oraz automatycznego rozpoznawania obrazu, aby zintegrować dane uzyskane za pomocą tych dwóch metod – dodaje prof. Bącela-Spychalska.
Naukowcy tłumaczą, że badanie barkodów DNA przypomina trochę sczytywanie kodu kreskowego produktów podczas zakupów. Dzięki informacjom zawartym w kodzie kreskowym szybko można określić cenę, gramaturę i rodzaj produktu. – Podobnie jest z badaniem genów, gdzie układ nukleotydów tworzących nici DNA pozwala uzyskać precyzyjną informację o tym, z jakimi organizmami mamy do czynienia – wyjaśnia badaczka. – Barkody DNA to fragmenty specyficzne dla danego gatunku, dzięki nim możemy szybko zidentyfikować badane organizmy.
Prof. dr hab. Karolina Bącela-Spychalska
Co potem?
W oparciu o wyniki projektu naukowcy planują opracować strategię wdrożenia nowoczesnych metod w funkcjonujące procedury monitorowania wód a tym samym ulepszenie systemu międzynarodowego monitorowania różnorodności biologicznej i zmian ekosystemów w celu wsparcia wdrażania Europejskiego Zielonego Ładu, w szczególności Europejskiej Strategii Różnorodności Biologicznej oraz COP15: Globalnych Ram Bioróżnorodności Kunming-Montreal.
– Słowem, chodzi o to by dzięki nowym metodom uzyskać nie tylko dane dotyczące stanu ekologicznego wód, ale także na temat różnorodności biologicznej z różnych obszarów, i aby móc je porównać, pomimo różnych uwarunkowań środowiskowych, społecznych, ekonomicznych i biurokratycznych – dodaje prof. Bącela-Spychalska. – Tak by móc dbać o różnorodność rzek na terenie Europy i móc jeszcze skuteczniej chronić przyrodę.
Materiał źródłowy: Wydział Biologii i Ochrony Środowiska
Redakcja: Justyna Kowalewska (3PR), Michał Gruberski
Fotografie: Karolina Bącela-Spychalska, Michał Grabowski