Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 367: Overvågning af bilag II- og IV-arter baseret på eDNA

Andersen, L.W. & Therkildsen, O.R. 2020. Overvågning af bilag II- og IV-arter baseret på eDNA – muligheder og begrænsninger. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 74 s. - Videnskabelig rapport nr. 367. http://dce2.au.dk/pub/SR367.pdf

Sammenfatning

I de senere år har udviklingen af eDNA-metoderne taget fart, og der er således inden for en kort årrække sket store fremskridt mod en egentlig integration af teknikken i overvågningen. Selve anvendelsen af eDNA præsenteres generelt som en hurtigere, nemmere og mere præcis metode, der kan anvendes i naturovervågningen både som erstatning og/eller som et supplement til den traditionelle overvågning. Udviklingen af eDNA-metoderne, både på den tekniske og økonomiske side, foregår med stor hastighed, og der er store ambitioner mht. anvendelse af eDNA-teknikker i overvågningssammenhænge. eDNA-teknikkerne har vist sig brugbare i det akvatiske og terrestriske miljø både mht. detektion af specifikke arter samt organismegrupper/ biodiversitet. Der er dog stadig udfordringer både mht. databehandling og fortolkning af resultaterne, der skal løses og standardiseres, før anvendelsen af eDNA til overvågning kan implementeres. Det er fx afgørende, at den tilgængelige viden om den praktiske anvendelse af eDNA-metoderne deles, og at tilgangen harmoniseres via protokoller og anbefalinger for at opnå en standardisering, samt at der foregår en videreudvikling af procedurer for alle trin i processen (såsom prøvetagning, DNA-ekstraktion, primer design, bioinformatisk analyse) og håndtering af falsk positive og falsk negative prøver.

 

I denne rapport præsenterer vi den nyeste viden på området, og på denne baggrund gennemgår vi mulighederne for at anvende eDNA i overvågningen af udvalgte arter omfattet af habitatdirektivet. Formålet er at gennemgå de teoretiske muligheder for at benytte eDNA-monitering til overvågning af bilag II- og IV-arter på habitatdirektivet. Denne overvågning kan både foregå med eDNA indsamlet i forskellige medier som fx jord og vand eller med eDNA fra en målrettet indsamling af fx ekskrementer, hår eller urin, eller DNA udtaget fra selve arten. Gennemgangen er baseret på litteratursøgning udført i perioden op til marts 2019 med Google, Google Scholar, Web of Science samt ved søgning i NCBI-databasen og GenBank efter sekvenser på de forskellige arter. Det er derved et vidtgående, men ikke udtømmende litteraturreview, der er foretaget.

 

De udvalgte arter indgår i den danske NOVANA-overvågning i henhold til habitatdirektivet. På baggrund af eksisterende erfaringer vurderes potentialet for at overvåge den enkelte art eller artsgruppe ved hjælp af eDNA med udgangspunkt i de overvågningsmetoder, der anvendes i dag, jf. den tekniske anvisning for den pågældende art eller artsgruppe. Det vurderes afslutningsvist, hvorvidt eDNA aktuelt er en relevant metode at anvende i overvågningen af den pågældende art eller artsgruppe. Desuden peges på teknikkens eventuelle mangler samt behov for udvikling og raffinering af metoderne med henblik på at gøre dem egnede til overvågningsformål i fremtiden. Arterne fordeler sig på terrestriske pattedyr, havpattedyr, padder, krybdyr, fisk, dagsommerfugle, guldsmede, biller, mosskorpioner, snegle, muslinger, karplanter og mosser. Arterne har forskellige karakteristika. Størrelsesmæssigt spænder de fra den få millimeter store Stellas mosskorpion til vores største sæl, gråsælen. Nogle af arternes bestande skal tælles i hundredetusinder, måske millioner, som fx vindelsneglene, mens bestandene af andre arter, som fx sortplettet blåfugl, er ganske fåtallige og kun udgør nogle hundrede individer. Nogle arter forekommer over det meste af landet, som fx vores almindelige paddearter, mens andre arter kun forekommer på en enkelt, fx karplanten liden najade, eller ganske få lokaliteter, fx lys skivevandkalv.  Arterne varierer desuden i forhold til deres krav til levestedet, idet nogle arter er stærkt specialiserede, som fx eremit, der lever i hulheder i gamle løvtræer, mens odder kan træffes i alle typer af vådområder. Desuden forekommer arterne i vidt forskellige medier i løbet af deres livscyklus. Nogle arter, som fx fisk, opholder sig i det samme medie gennem hele sin livscyklus, mens guldsmedene veksler mellem et larvestadie i vand og et voksenstadie, der er terrestrisk. Disse forskellige karakteristika giver både udfordringer og muligheder, når den givne art skal overvåges. Dette gælder ikke alene i forbindelse med anvendelsen af de konventionelle overvågningsmetoder, der fremgår af den tekniske anvisning for overvågningen af den enkelte art eller artsgruppe, men også ved en eventuel fremtidig anvendelse af eDNA i overvågningen.

 

eDNA som moniteringsmetode i den nationale overvågning er en del af fremtidens værktøjskasse. Som det fremgår af gennemgangen af bilagsarterne, er der nogle arter, hvor metoden med fordel kan implementeres efter lidt udvikling. Metoden kan benyttes med fordel, hvor overvågningen er ekstensiv og kun sigter mod en registrering af forekomsten af en art på en given lokalitet. For arter, hvor mere detaljerede informationer om populationsstørrelser, demografi m.m. skal registreres, er eDNA-metoderne endnu ikke tilstrækkeligt raffinerede. I langt de fleste tilfælde vil eDNA-monitering således ikke kunne erstatte de konventionelle overvågningsmetoder, men den vil kunne fungere som et supplement til de konventionelle metoder. Ved at benytte eDNA som screeningsværktøj vil det formodentlig i mange tilfælde være muligt at effektivisere den konventionelle metode i overvågningen. På denne baggrund vurderes det, at såfremt eDNA-metoderne skal finde anvendelse i den eksisterende artsovervågning under NOVANA-programmet, vil det i første omgang være som et bidrag til den ekstensive overvågning af arternes udbredelse. Den intensive overvågning kan dog også drage nytte af DNA-metoderne, der kan anvendes som et screeningsværktøj til at udpege områder, hvor den mere intensive overvågning skal foregå.

 

Gennemgangen af arterne og vurderingen af, hvor det er muligt at benytte eDNA-metoden – enten artsspecifikt eller ved metabarcoding – har vist, at for den semiakvatiske art, odderen, er især den målrettede eDNA-metode, hvor ekskrementer benyttes som DNA-kilde, brugbar til både identifikation på arts- og individniveau. For eDNA-baseret overvågning fra vandprøver mangler udvikling af en sampling-procedure. For de vandlevende arter, stor vandsalamander og dyndsmerling, benyttes artsspecifik eDNA i overvågningen af stor vandsalamander i UK og formodentlig også i andre europæiske lande, men der er ikke fundet dokumentation for dette. Dyndsmerlingen kan påvises med artspecifikke primere og eDNA, og der pågår en feltverifikation af metoden i Danmark. Det samme er gældende for flodperlemusling. Andre arter, for hvilke den artsspecifikke eDNA-metode vurderes at kunne udvikles baseret på den eksisterende viden uden de store omkostninger og med et meget omhyggeligt sampling-design, er pigsmerling, grøn mosaikguldsmed, stor kærguldsmed, bred vandkalv, lys skivevandkalv og tykskallet malermusling. For paddernes og flagermusenes vedkommende vil en metabarcoding-metode være oplagt. For de resterende habitatarter på bilag II og IV vurderes det, at der skal udvikles laboratorieprocedurer, herunder primer-afprøvning m.m., for at afgøre, hvilke medier, der er størst sandsynlighed for at påvise arterne i. Derudover skal der udvikles samplingprocedurer, før det kan afgøres, om det er muligt at påvise arterne med eDNA.

 

Stadig mangler der dog mere forskning i forskellige aspekter af eDNA-metoden før brug især med hensyn til udvikling af standardprocedurer til håndtering af usikkerheder ved de forskellige stadier i processen, dvs. samplingdesign og prøvetagning, feltindsamling, laboratoriehåndtering, PCR-opformering etc., samt kvantificering af disse usikkerheder og sammenligning med usikkerhederne forbundet med de konventionelle overvågningsmetoder.