Læser den genetiske signatur af kammuslingen

Kammuslinger er et af de mest rentable fiskerier i Maine, med en statsdækkende værdi på næsten 7 millioner dollars i 2016. Kammuslingfiskeriet er også et af de mest lokale, med små "dagbåde" der holder sig tæt på land.

Landinger (og bestande) har svinget gennem årene, med de seneste toppe i midten af ​​1980'erne og 1990'erne. Efter alvorlige fald i begyndelsen af ​​2000'erne, staten indførte adaptiv ledelse, lukke nogle områder og nøje overvåge andre. Tilgangen ser ud til at være vellykket, da landinger er steget betydeligt, selvom de præcise årsager er uklare, og der er mange spørgsmål, der ikke er besvaret. Beskytter lukning af et kammuslingbed gydning? Hvor lang tid tager genopretning af befolkningen? Hvis en kammuslingseng er stor, betyder det at det er sundt? Er alle kammuslingebede lige produktive?

Skylar Bayer, , der i foråret tog eksamen fra University of Maine med en ph.d. i havbiologi, har studeret kammuslinger i seks år i Richard Wahles laboratorium på Darling Marine Center. Hendes forskning behandler spørgsmål om kammuslingers reproduktion. Kammuslinger er broadcast gydere, frigiver deres æg og sæd separat i vandet. Befrugtning sker ved tilfældige møder.

Bayer har lært, hvad hun ved om kammusling -gydehændelser fra både laboratorie- og feltforsøg, manipulere temperaturen for at fremkalde gydning, og vejning af reproduktive organer fra kammuslinger (emnet for hendes berygtede Colbert Report-optræden). Selv under et mikroskop, imidlertid, det er svært at skelne æggene, sperm, embryoner og larver af kammuslinger fra andre muslinger. Så, hvordan kan videnskabsmænd forstå, hvordan det sker i det åbne hav?

Disse spørgsmål, kombineret med tilgængeligheden og overkommeligheden af ​​nye analysemetoder og Wahles opmuntring, førte Bayer ind i den ekspanderende verden af ​​kvantitativ DNA -detektion og til det uventede samarbejde med Peter Countway, en mikrobiel økolog og seniorforsker ved Bigelow Laboratory for Ocean Sciences i det nærliggende East Boothbay. Countway studerer mikroalgernes mangfoldighed og struktur, protozoer og bakterier - alle mikroskopiske organismer. At samarbejde med Bayer om kammuslinger var en mulighed for at se på større dyr i planktonet (metazoer), såsom kammuslingæg, sperm og larver.

"Jeg smider typisk DNA-sekvenserne ud fra de større ting, metazoerne og makrofaunaen, men der kunne være rigtig vigtig information der, " sagde han. "At være i stand til at detektere det mikrobielle stadium af en metazoan giver os pludselig et vindue ind i dette rige af gydning og bosættelse, der tidligere var en sort boks."

Med økonomisk støtte fra Maine Sea Grant, forskerne startede et projekt for at opdage gydning uden at skulle indsamle, tag, spore, pleje, dissekere eller høste kammuslinger, som ville kræves af traditionelle tilgange. "Vi laver ikke destruktiv prøvetagning, dissektioner, der dræber dyret, og hvis miljøprøvetagningen fungerer, vi behøver ikke at samle dyr og bringe dem ind i laboratoriet, "sagde Bayer. Deres første opgave var at sekvensere en udvalgt region af kammusling -DNA, noget, der ikke var blevet gjort før. Derefter udviklede de en teknik, ved hjælp af en metode kendt som kvantitativ polymerasekædereaktion, der bruger tre stykker DNA, der arbejder sammen om at lokalisere og amplificere kammusling-DNA på baggrund af millioner af andre typer DNA i miljøet.

Bayer og Countway skulle derefter afgøre, om de kunne påvise kammusling-DNA i en typisk havvandsprøve. Den naturlige overflod af kammuslingceller i havet kan være for lille til at selv det mest sofistikerede instrument kan opdage. Fordelen ved deres nydesignede test er dens evne til at amplificere mængden af ​​kammusling-DNA i en prøve med flere størrelsesordener, muliggør detektion via måling af fluorescens. De brugte med succes metoden til at opdage gydende kammuslinger i Darling Marine Center-laboratoriet. De blev tildelt yderligere Sea Grant-midler for at prøve det i en virkelig verden.

I august, Bayer og Countway hang net fyldt med voksne kammuslinger fra kajen ved Bigelow Laboratory, og brugte de næste to måneder på at indsamle vandprøver fra området omkring kammuslingerne, at bestemme baggrundsniveauer af kammuslingceller og forsøge at opdage en stigning i kammuslinggener, der falder sammen med en naturlig gydebegivenhed.

Gydebegivenheder i det kystnære Maine forekommer ofte efter vandtemperaturen topper i slutningen af ​​sommeren, i august eller september. Gydningsbegivenheder kan ske hurtigt og vare mindre end en time, så Bayer har måttet indsamle mange prøver, og dissekere også nogle af kammuslingerne for at bekræfte gydeaktivitet og sammenligne den med deres vandprøver.

I løbet af de næste to måneder, Bayer og Countway vil udvinde DNA fra deres prøver for at afgøre, om de har fanget nogen gydebegivenheder.

"At forsøge at fange gydebegivenheder i marken i realtid er risikabelt og kræver en masse tid og kræfter, men udbyttet er det værd. Hvis vi kan opdage gydehændelser med denne metode, vi kunne åbne en helt ny dør til forståelse af reproduktion og populationsdynamik hos havdyr, " sagde Bayer.

Der er stigende interesse for miljø-DNA eller "e-DNA"-teknikker til vurdering af biodiversitet, påvisning af tilstedeværelsen af ​​invasive eller giftige arter, eller studere migrationsmønstre. Livets underskrifter er overalt, afsløre, hvor dyr har været, og i tilfælde af gydende kammuslinger, hvad de har lavet. Forskere behøver ikke længere rent faktisk at se eller fange en art for at vide, at den er der.

Løftet om e-DNA er fokus for et foreløbigt forslag ledet af David Emerson fra Bigelow Laboratory, som blev udvalgt til at blive udviklet til et komplet spor 1-forslag til National Science Foundation EPSCoR-programmet i 2018. UMaine vil arbejde tæt sammen med Bigelow og andre havforskningsorganisationer i staten i løbet af det næste år i denne indsats.