Utveckling av eDNA som metod för övervakning av gädda

• Tillförlitlig information om beståndens utveckling är grunden för förvaltningen av akvatiska resurser. Arter med låg fångstbarhet med traditionella miljöövervakningsmetoder förbises dock ofta vilket leder till att data som krävs för att fatta välgrundade förvaltningsbeslut saknas. Även om de senaste framstegen indikerar att miljö-DNA (eDNA) kan användas för övervakning av biologisk mångfald, är dess potentiella användning för uppskattning av mängd (antal och biomassa) fortfarande delvis okänd. Flera studier indikerar att eDNA kan ge kvantitativa uppskattningar av mängden fisk, men precisionen varierar med art och system. Det är därför troligen nödvändigt att utvärdera möjligheterna från fall till fall. Även om linjära samband har erhållits i kontrollerade experiment varierar förklaringsgraden i naturliga system, där eDNA i genomsnitt förklarar 57 % av variationen jämfört med 81 % i kontrollerade experiment i mesokosmer. Variabiliteten i dessa uppskattningar kan hänföras till skillnader i metoder som jämförs, hydrologiska förhållanden, DNA-extraktionsmetoder, förekomst av humus- och garvsyror som hämmar polymeraskedjereaktion (PCR), sedimentpartiklar i vattnet, fiskbeståndets storleksstruktur och vattnets temperatur. Gädda (Esox lucius) är en populär art inom fritidsfisket och en viktig rovfisk i sötvattens- och kustekosystem. I Östersjön tyder flera studier på att gäddbestånden på Sveriges ostkust har minskat drastiskt. Orsakerna är antagligen flera men sannolikt en konsekvens av ökad predation på vuxna individer från gråsäl och skarv, predation på juvenila stadier av storspigg, försämrade rekryteringshabitat och även en period med hög dödlighet inom fritidsfisket i början av 1990-talet. Gäddan samlas i grunda vegetationsklädda områden för att leka under våren och har en stark hemortstrogenhet vilket innebär att beståndet består av flera lokala delpopulationer. För stationära arter som bildar genetiskt stabila och distinkta populationer över ganska små geografiska områden bör förvaltningen ta regional hänsyn. Det innebär att övervakningen behöver ha en god geografisk täckning och det finns ett behov av övervakningsmetoder som gör det möjligt att bedöma gäddpopulationernas status på lokal nivå. På grund av gäddans stillastående beteende och låga fångstbarhet i traditionella, passiva och dödliga övervakningsmetoder så som standardiserade provfiskenät, var syftet med detta projekt att utveckla en skonsam men effektiv metod för övervakning av gädda med hjälp av eDNA. För att utvärdera hur mängden gädda relaterar till eDNA-koncentrationer under kontrollerade förhållanden utförde vi akvarie- och mesokosmexperiment med både juvenila och vuxna individer riktade mot cytokromoxidas I-genen (COI). Vi utvärderade prestandan hos olika extraktionsmetoder (DNeasy Blood & Tissue kit, DNeasy PowerWater kit, and Chelex 100) och filter (enkelt vs dubbelmembranfilter). Resultaten från båda försöken visade ett starkt positivt linjärt samband mellan eDNA-koncentration och gäddbiomassa (R2 = 0,74–0,87). Nivåerna av eDNA sjönk drastiskt inom de första 24 timmarna efter att årsyngel avlägsnats från akvarierna och låga nivåer kunde detekteras i upp till 308 timmar. Av extraktionsmetoderna gav Chelex 100 den högsta DNA-koncentrationen, vilket erbjuder ett snabbt och kostnadseffektivt alternativ jämfört med befintliga, allmänt använda extraktions­metoder. Att använda dubbla membranfilter av olika material visade ingen ökning av DNA, oavsett extraktionsmetod, men det gjorde att mer vatten kunde filtreras.Vi har också utvecklat en ny repetitiv markör baserad på nukleärt DNA för eDNA-analyser av gädda. Analys av eDNA-prover från tidigare mesokosmexperiment visade att den nukleära markören amplifierade ca 2,4 Cq tidigare än den mitokondriella, vilket indikerar högre känslighet hos den nyutvecklade markören. För att utvärdera eDNA som metod och studera dess rumsliga och tidsmässiga variation genomfördes fältförsök i 22 vikar i Östersjön. Erhållna eDNA-koncentrationer jämfördes med tidsmässigt matchade fångster från ett standardiserat spöprovfiske. Vi fann att variationen i eDNA-koncentrationer mellan transekter var måttlig (21 %) men fortfarande betydligt lägre än mellan vikar och återkommande besök i samma vikar (52 %), vilket tyder på att rumsliga skillnader inom vik är av mindre betydelse under våren när gäddan leker. Standardiserade spöprovfiskefångster, vik och vattentemperatur förklarade tillsammans 48 % av variansen i uppmätta eDNA-koncentra­tioner. DNA-koncentrationerna minskade med ökad storlek på viken, vilket tyder på en utspädningseffekt. Noterbart är att förhållandet mellan eDNA och standar­diserade spöprovfiskefångster var positivt, men varierade med temperaturen. Det kommer därför vara avgörande att välja lämpliga provtagningstider för att göra longitudinella data jämförbara. För att testa huruvida eDNA kan användas för att övervaka tidsmässiga föränd­ringar gjorde vi ett fältförsök under lekvandringen i Hemmesta våtmark. Uppmätta eDNA-koncentrationer jämfördes med mängden gädda som vandrat upp i våtmarken, vilket mättes med en fiskräknare kopplad till en videokamera. Uppmätta eDNA-koncentrationer uppvisade konsekventa mönster med fiskräknaren för både nukleära (nDNA) och mitokondriella (mtDNA) analyser. Tvärtemot vad som förväntades var den uppskattade eDNA-koncentrationen i vattnet som strömmade ut från våtmarken inte relaterad till den kumulativa mängden gädda som samlats i våtmarken för att leka. Istället återspeglade eDNA-koncentrationerna kortvarig migrationsaktivitet under en 48-timmarsperiod, vilket visar att hög tidsupplösning är möjlig. Vårt projekt stöder den växande mängden forskning som visar ett positivt samband mellan mängden fisk (antal och biomassa) och eDNA-koncentrationer under naturliga förhållanden. Genom att optimera provtagning och laboratorietekniker har vi tagit viktiga steg mot att utveckla eDNA som metod för övervakning av gädda. Återstående steg inkluderar en bättre förståelse av osäkerheter när det gäller tolkningen av eDNA-signalen över varierande spatiotemporala skalor, särskilt mellan år, och standar­disering av delar av metoden för att bibehålla jämförbara tidsserier i takt med att eDNA-metoder fortsätter utvecklas. Kvarstående frågeställningar föreslås lösas inom ett pilotprogram som under ett antal år (3–5) löper parallellt med andra övervakningsmetoder för gädda, såsom standardiserat spöprovfiske. Ett sådant pilotprogram skulle öka den befintliga kunskapen och bidra med de återstående pusselbitarna för att utveckla en nationell övervakningsmetod för gädda.

Subject headings

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

Keyword

Species protection

Arter och artskydd

Publication and Content Type

vet (subject category)

rap (subject category)