Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire

Los científicos han encontrado una manera de identificar animales que han pasado y ya no están o que se esconden demasiado bien para encontrarlos, aspirando sus huellas dactilares de ADN del aire.

El ADN ambiental o «eDNA» es arrojado por los organismos a su entorno a partir de elementos como las células muertas de la piel o las heces. Ya se ha utilizado para monitorear la biodiversidad de animales que viven en el agua o el suelo, desde peces hasta microbios.

Ahora, los biólogos y ecólogos están entusiasmados con la invención de una forma de usar eDNA en el aire para monitorear animales terrestres como aves y mamíferos, especialmente especies vulnerables.

«Es simplemente asombroso», dijo Jennifer Sunday, profesora asistente de ecología y evolución en la Universidad McGIll. Ella no participó en el estudio, pero usa eDNA para estudiar la biodiversidad de las especies acuáticas.

La técnica fue desarrollada de forma independiente por dos grupos de investigadores, uno dirigido por Kristine Bohmann, profesora asociada de genómica evolutiva en el Instituto Globe de la Universidad de Copenhague y el otro por Elizabeth Clare, que ahora se encuentra en la Universidad de York en Toronto.

«Si está trabajando con una población en peligro crítico o muy rara que es muy sensible, es posible que nunca los vea en el medio ambiente, incluso si sabe que están allí», dijo Clare.

«O, alternativamente, es posible que no puedas acercarte a ellos porque son muy sensibles o están muy protegidos».

Con la detección de eDNA, dijo, el animal no tiene que estar físicamente presente. Es posible que se haya ido hace algún tiempo. «Entonces, cuando buscas algo raro, eso es una gran ventaja».

Dos artículos científicos que describen cómo se pueden detectar animales a partir del ADN en el aire, uno por Clare y sus colaboradores y el otro de Bohmann y su equipo fueron publicados esta semana en la revista Current Biology.

Cómo funciona

Clare comenzó probando el aire en su laboratorio, que en ese momento estaba en la Universidad Queen Mary de Londres en el Reino Unido, donde era profesora titular. El laboratorio albergaba una colonia de animales llamados ratas topo desnudas.

Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire
Se ve una rata topo desnuda juvenil en el Zoológico del Bronx en Nueva York. El laboratorio de Clare tenía una colonia de ratas topo, y el ADN de rata topo fue uno de los primeros tipos detectados en el aire en sus primeros experimentos para ver si la técnica de aspiración podía funcionar. (Julie Larsen Maher/La Prensa Asociada)

Ella y su equipo instalaron una bomba de vacío que extraía aire a través de un trozo de papel de filtro, similar al que se usa para preparar café, en su laboratorio. El siguiente paso fue extraer cualquier ADN que pudiera estar en el papel y hacer copias adicionales usando una técnica llamada PCR, que también se usa en las pruebas de COVID-19, para que pudiera detectarse y analizarse más fácilmente. Luego, el ADN se comparó con bases de datos conocidas de diferentes especies.

«Para nuestro deleite y probablemente sorpresa, cada muestra que tomamos tenía ADN», recordó. «Teníamos ADN desnudo de rata topo. Teníamos ADN humano. Teníamos ADN de perro».

El último fue una sorpresa y un rompecabezas, ya que no había perros en el laboratorio, hasta que el equipo se dio cuenta de que uno de los técnicos de cuidado de animales había cuidado al perro de su madre el fin de semana y probablemente estaba trayendo su ADN al laboratorio de alguna manera. en su ropa.

«Y de repente, nos dimos cuenta de que no solo iba a funcionar, sino que en realidad era mucho más sensible de lo que esperábamos», dijo Clare, cuya investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido.

Lo que sucedió después: en el zoológico

Clare decidió que el siguiente paso era probar un entorno menos controlado, pero en el que los investigadores pudieran identificar claramente la fuente del ADN y qué tan lejos estaba.

Entonces se dirigieron al parque zoológico de Hamerton en Inglaterra y recolectaron más de 70 muestras de aire de diferentes lugares, tanto adentro como afuera.

Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire
Los dingos observan con curiosidad el equipo de muestreo de aire en el Parque Zoológico de Hamerton en el Reino Unido. Clare y su equipo detectaron todo tipo de ADN en los terrenos, incluido el de un erizo que había vagado por los terrenos y los tipos de carne que se alimentaban a los animales del zoológico. (Presentado por Elizabeth Clare)

Los investigadores lograron detectar los animales más cercanos, pero también algunos que se encontraban a cientos de metros de distancia.

«Encontramos ADN de dingo en el recinto del gibón y encontramos ADN de pinzón cebra en la casa de los primates», dijo Clare.

Eso no es todo. También detectaron ADN del pollo y la carne de res en el alimento de los animales, y de la vida silvestre local, como ardillas e incluso el erizo europeo, una especie en peligro crítico de extinción que el personal del zoológico confirmó que había visto deambulando por los terrenos.

«Hay algo que realmente queremos poder detectar con este tipo de tecnología porque necesitan más formas en las que podamos biomonitorizar especies raras», dijo Clare. «Así que creo que esa fue probablemente nuestra detección más emocionante».

Mentes científicas que piensan igual

Mientras el equipo se preparaba para publicar su estudio del zoológico, algunos periodistas que cubrían su trabajo de laboratorio anterior preguntaron si podían verlo. Clare se complació al publicarlo como una preimpresión en línea antes de la publicación.

Dos días después, recibió una ráfaga de mensajes de texto de su equipo de investigación: otro grupo de científicos de Dinamarca había visto el artículo y presentó su propio artículo con un experimento muy similar en el Zoológico de Copenhague, financiado por una fundación filantrópica llamada The Villum Fonden que apoya la investigación científica y técnica.

Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire
Christina Lynggaard y Kristine Bohmann, miembros de otro equipo de investigación que hizo hallazgos similares, recolectan muestras de aire en el zoológico de Copenhague. Su equipo y el de Clare enviaron sus hallazgos a una revista de investigación al mismo tiempo como evidencia de replicación científica independiente. (Christian Bendix)

Ese equipo, dirigido por Bohmann, usó una aspiradora a base de agua comercial diferente y recolectó muestras de aire de tres lugares diferentes.

«En solo 40 muestras, detectamos 49 especies que abarcan mamíferos, aves, anfibios, reptiles y peces. En Rainforest House incluso detectamos guppies en el estanque, el perezoso de dos dedos y la boa», dijo Bohmann en un comunicado de prensa. .

Ella y Clare se pusieron en contacto y decidieron enviar sus dos artículos a la misma revista para su publicación al mismo tiempo, argumentando que era una gran idea porque mostraba una replicación científica independiente. Era algo que nunca antes habían oído que alguien intentara, pero funcionó.

Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire
Este perezoso, que vive en Rainforest House en el zoológico de Copenhague, fue detectado en eDNA identificado por Bohmann y su equipo. (Christian Bendix)

Cómo podría convertirse en una valiosa herramienta de conservación

Clare dijo que el siguiente paso en la investigación es averiguar cuánto tiempo permanece el ADN en el aire y qué condiciones ambientales hacen que se acumule o se degrade.

En el futuro, espera que la técnica sea una herramienta valiosa no solo para especies raras, sino también como un sistema de alerta temprana para especies invasoras o una herramienta para detectar especies en lugares de difícil acceso, como cuevas o madrigueras.

Ella dijo que eDNA ya se usa de forma rutinaria como una herramienta por parte de los reguladores para monitorear la biodiversidad y las poblaciones en ambientes acuáticos. Ella espera, de manera similar, que el eDNA del aire se vuelva igualmente valioso.

Cuando se le preguntó si el eDNA del aire podría usarse potencialmente en investigaciones forenses de delitos, Clare dijo: «Supongo que en teoría». Pero señaló que el procedimiento de análisis de ADN sería bastante diferente al de ellos, que pretende diferenciar entre especies.

Los científicos pueden detectar especies animales aspirando su ADN del aire
Un bebé erizo camina en Frankfurt. Clare estaba muy emocionada por encontrar el ADN de un erizo, que es una especie en peligro en el Reino Unido. Piensa que la técnica del eDNA del aire podría usarse para monitorear especies raras. (Michael Probst/La Prensa Asociada)

Los investigadores canadienses que utilizan eDNA como herramienta de biomonitoreo para la conservación marina y acuática estaban entusiasmados con el desarrollo.

«De hecho, estoy muy emocionado de leer este artículo», dijo Mehrdad Hajibabaei, profesor asociado en el Centro de Genómica de la Biodiversidad de la Universidad de Guelph.

Hajibabaei, quien también es el fundador de eDNAtec, una firma de consultoría que proporciona biomonitoreo ecológico basado en eDNA a clientes como la energía y la pesca en alta mar, lo calificó como un «paso importante» que tiene el potencial para monitorear especies como grandes depredadores que son raros, escurridizos y se mueven a través de territorios enormes.

Lo que espera ver a continuación es si se puede ampliar, y en entornos naturales, y convertirse en una herramienta que puedan utilizar grupos como las agencias reguladoras, como sugirió Clare.

Jennifer Sunday, de la Universidad McGill, dijo que le parecía asombroso que la técnica pareciera funcionar.

Dijo que los métodos tradicionales de seguimiento de la biodiversidad, como atrapar, fotografiar o escuchar especies, son difíciles y laboriosos.

Una de sus áreas de investigación es rastrear cómo cambia la distribución de especies con el cambio climático causado por el hombre. Eso es muy desafiante.

«Entonces, una razón para estar entusiasmado con la tecnología eDNA es que puede transformar la forma en que rastreamos los cambios en la biodiversidad a una escala mucho mayor. [and] más rápido para que pueda ser más como rastrear el clima», dijo Sunday.

«Y eso va a cambiar totalmente si lo hacemos y lo hacemos bien. Creo que podríamos ser mucho más proactivos y [gain a better] comprensión.»