YmpäristöDNA:lla seurataan kalojen jälkiä vedessä

YmpäristöDNA eli eDNA paljastaa kalojen jälkiä vedestä – limasta, suomuista ja aineenvaihdunnan jäänteistä löytyvä DNA kertoo, mitä lajeja vesistössä esiintyy. Menetelmä auttaa havaitsemaan myös harvinaisia ja vaikeasti tavoitettavia kaloja, joita perinteisillä menetelmillä ei aina huomata. eDNA:n avulla kalaseurannat voivat tulevaisuudessa olla tarkempia, helpompia ja kustannustehokkaampia.

Kympin yksi tavoitteista on edistää ympäristöDNA-menetelmän käyttöönottoa kalastoseurannoissa. YmpäristöDNA:lla tarkoitetaan eliöiden ympäristöönsä jättämää DNA:ta, jota voidaan kerätä esimerkiksi vedestä, ilmasta, lumesta tai maaperästä. Kalat jättävät jälkeensä muun muassa limaa, suomuja ja aineenvaihduntatuotteita, ja näistä kaikista löytyy niiden DNA:ta.

Miksi ympäristöDNA kiinnostaa kalaseurannoissa?

YmpäristöDNA:sta käytetään meilläkin yleisesti myös nimitystä eDNA, ´environmental DNA`, ja se on tulossa vauhdilla mukaan erilaisiin kalastoseurantoihin. Sen etuja ovat näytteenoton helppous maastossa ja tarkka lajistotieto, mitä se voi parhaimmillaan tuottaa.

Menetelmällä voidaan havaita vaikeasti tavoitettavia, huonosti tunnettuja tai harvinaisia lajeja, jotka jäisivät perinteisillä menetelmillä havaitsematta. Esimerkiksi virtavesissä tavallisesti käytetty sähkökalastus tuottaa parhaiten tietoa kahluusyvyydessä esiintyvistä lohen ja taimenen poikasten, simppujen tai kivennuoliaisten esiintymisestä. Sen sijaan nahkiaiset, harjus, siika, ahven, hauki ja monet särkikalat voivat jäädä kokonaan havaitsematta.

 

Miten menetelmä käytännössä toimii?

Tyypillinen kysymys kalastoseurannoissa on, esiintyykö jossakin vesistössä lohta tai taimenta. Tällöin käytettävässä PCR-testissä monistetaan näytteestä vain kohdelajin DNA käyttämällä lajikohtaisia alukkeita. Kvantitatiivisilla menetelmillä (qPCR, dPCR, ddPCR) pystytään kertomaan myös kohdelajin DNA:n runsaudesta näytteessä. Vielä tässä vaiheessa kehitystyötä menetelmä kertoo lähinnä, onko kohdelajia näytteessä paljon vai vähän. Tarkkoja tietoja lajien tiheyksistä tai yksilöiden jakautumisesta ikäryhmiin ei vielä varmuudella voida saada.

Jos halutaan selvittää, mitä kalalajeja vesistössä ylipäätään esiintyy, käytetään DNA-viivakoodausta eli ´metabarcoding` -menetelmää. Vesinäytteestä eristetään ensin DNA, josta sekvensoidaan lajintunnistukseen soveltuva lyhyempi alue, eli niin sanottu viivakoodi. Tämän emäsjärjestystä verrataan tietokantoihin, jotka sisältävät lajikohtaisia viivakoodisekvenssejä.

Käytetyn tietokannan sisältö vaikuttaa siis tuloksiin: yleismaailmalliset tietokannat tarjoavat vielä ajoittain varsin kummallisia vaihtoehtoja meidän pohjoisista vesistöistämme otettuihin näytteisiimme. Esimerkiksi suomalaisesta taimenesta saattaa tulla ehdotuksia trooppisista lajeista, jos tietokanta ja työn toteuttaja eivät ole riittävän tarkkana.

Näytteenotto ratkaisee onnistumisen

Hyvin suunniteltu näytteenotto, joka perustuu kalalajin tai -yhteisön ekologiseen perustietoon, on onnistuneen näytteenoton ja tavoitteiden saavuttamisen edellytys. Näyte saadaan vettä suodattamalla, joten suodatetun veden määrä, suodattimien huokoskoko sekä näytteenoton puhtaus vaikuttavat DNA:n määrään näytteessä. Tavoitteista riippuen näytteitä tulisi ottaa useampia yhdellä näytteenottokerralla ja niiden alueellinen kattavuus tulee olla riittävän laaja. Kalojen koko, kutuaika ja vaellukset voivat vaikuttaa tuloksiin riippuen näytteenoton vuodenajasta. Esimerkiksi puroissa ympäristöDNA voi kulkeutua kymmeniä kilometrejä ja suuremmissa joissa jopa sata kilometriä, riippuen virtaaman voimakkuudesta ja veden ominaisuuksista. Matkan varrella osa DNA:sta voi jo hajotakin, jolloin sitä ei enää näytteissä havaita. Myös veden lämpötila, pH tai valon määrä voivat muuttaa havaittavaa DNA:ta.

Tulevaisuuden näkymät

Menetelmäkehitystä tehdään ainakin kaikilla ympäristön seurantaa tekevillä tutkimuslaitoksilla maailmanlaajuisesti. Suomen vesistöjen osalta Luonnonvarakeskus kehittää kalastoseurantoja ja meillä tehdään myös rapujen, jokihelmisimpukan sekä majavien testausta. Suomen ympäristökeskus kehittää mm. pohjaeläinten ja planktoneiden, ja Ruokavirasto kalatautien seurantoja.

YmpäristöDNA tulee tulevaisuudessa olemaan osa rutiiniseurantojamme, ja se saattaa jopa korvata joitain perinteisempiä menetelmiä, jotka ovat työläämpiä ja kalliimpia. Kalastoseurannoissa menetelmien kehitys on jo pitkällä, mutta esimerkiksi monien särkikalojen, nahkiaisten, siikojen tai kivi- ja kirjoeväsimppujen erottaminen toisistaan ei ole aivan yksinkertaista.

Tulevaisuudessa ´metabarcoding` -menetelmän tulee todennäköisesti korvaamaan ´metagenome` -menetelmä. Uudessa metagenomiikassa lajintunnistus ei enää perustu yksittäiseen viivakoodialueeseen, vaan koko eliön geneettiseen perimään. Tämän tarkemman menetelmän käyttöönotto edellyttää kuitenkin vielä, että analyysien hinnat laskevat nykyisestä ja vertailutietokannat kehittyvät entisestään. Lisäksi on jo tehty tutkimuksia, joissa laboratorio-olosuhteissa on pystytty määrittämään eliöiden ikää ympäristöDNA:n avulla, hyödyntäen niin sanottua epigeneettistä kelloa eli DNA:n ikääntymiseen liittyviä muutoksia.

YmpäristöDNA tarjoaakin paljon lupaavia mahdollisuuksia, mutta menetelmän kehitystyö ja standardointi ovat vielä kesken.

Pauliina Louhi, Terhi Iso-Touru, Ari Huusko