SIS Biodiversitet er avsluttet

Biodiversitet har inngått i NIVAs arbeidsfelt i mange år som ett av flere elementer i vurdering av miljøtilstand i vannforekomstene. Forskningen har økende betydning, både for å kartlegge klodens mangfold og forstå hvilken betydning biodiversitet har for økosystemenes funksjon. Å bygge kompetanse og etablere kapasitet til DNA-baserte analyser har derfor vært en viktig målsetting for denne satsingen.

- Bearbeiding av biologiske prøver kan være tid- og kostnadskrevende, sier Jens Thaulow, forsker i NIVA.

- Utviklingen av DNA-baserte metoder som verktøy for både forskning på og overvåking av biodiversitet har vært svært rask, og vi har sett det som viktig å legge grunnlag for å kunne utnytte mulighetene som ligger i molekylære metoder.

Tre kjerneprosjekter, tre arter

Tre kjerne-prosjekter inngikk i SIS Biodiversitet ved oppstarten, og samtlige hadde som mål å etablere egnete DNA-markører for identifikasjon av arter. De tre prosjektene omhandler planteplankton, kransalger og krepsdyr, alle i ferskvann.

- En viktig del av arbeidet har involvert teknikker for å lese av baseparenes rekkefølge, såkalt sekvensering, av ulike DNA-fragmenter, sier Thaulow.

Sekvenseringen har vært basert på materialer som kan belegges og være tilgjengelig for identifikasjon av dyr, planter og mikroorganismers ytre form, såkalt morfologi.

Pigger ikke nok

Hos kransalger har pigger vært brukt som viktige morfologiske karakterer til å skille mellom arter.

Analyse av genetiske markører (kloroplast-genet matK) viser imidlertid at denne karakteren varierer betydelig innen arter, og derfor ikke egner seg til å skille mellom dem. Artene Chara rudis (indikatorart for naturtypen kalksjøer) og Chara hispida (vanligere, ikke karakter-art) viser seg å være en og samme art med ulik morfologisk utforming.

- I dette tilfellet har resultatet konsekvenser for rødliste-vurdering og karakterisering av naturtyper, påpeker Susanne Schneider, seniorforsker i NIVA.

Molekylær verktøykasse

I likhet med kransalgene er planteplankton også viktige elementer i overvåkningssystemer. Taksonomi og kvantifisering av disse i miljøstudier er også hovedsakelig basert på morfologiske karakterer.

- Innen SIS Biodiversitet har vi utviklet molekylære verktøyer for å identifisere og kvantifisere en håndfull utvalgte grønnalger. Dette vil på sikt hjelpe os med raskt å identifisere problemalger, sier Anders Hobæk, forsker i NIVA.

Langhalet tusenbeinkreps (Branchinecta paludosa) er en arktisk-alpin art med en sirkumpolar utbredelse, og som antas å være sensitiv for varmere klima. En analyse av genetisk variasjon (barcoding) over hele utbredelsesområdet viste et klart skille mellom nearktiske – som er økosonen som omfatter det meste av Nord-Amerika inkludert Grønland, og palearktiske – som er de kalde og tempererte områdene av Eurasia (eksklusive Sør-Asia) samt Nord-Afrika - dyr. Artens forekomst i Sør-Norge har vært isolert i lang tid fra den arktiske utbredelsen, og er fattigere på genetisk variasjon. Den isolerte forekomsten i sør kan derfor ha liten tilpasningsevne, og være sårbar for ytterligere klimaendringer.

Omfattende - og spesifikt

I tillegg til de opprinnelige tre delprosjektene har SIS Biodiversitet vokst til å inkludere en rekke mer spesifikke aktiviteter. Her inngår en rekke prosjekter med fokus på genetisk variasjon innen arter, sett i forhold til geografisk avstand mellom populasjoner. Disse prosjektene har benyttet seg av hypervariable DNA-fragmenter, først og fremst mikrosatelitter, men også sekvensering av relevante gener. Også disse markørene må utvikles for de aktuelle organismene. Slike studier er utført på arter av økologisk eller forvaltningsmessig interesse, som:

Ålegras (Zostera marina) som danner en viktig naturtype og habitat for et rikt biologisk mangfold. Dette er en utvalgt naturtype i Norge og truet på verdens basis på grunn av utbygging og eutrofiering. Genetisk sammenligning av ålegras enger fra Oslofjorden (indre og ytre) og kyststrekningene langs Sør-Norge og Sverige i Skagerak viste liten grad av genetisk isolasjon, med unntak av engene i Indre Oslofjord.

Grønn kråkebolle (Strongylocentrotus droebachiensis) som har beitet ned tareskog lang store deler av norskekysten. Prosjektet viste at kråkebollelarver spres med kyststrømmen nordover. Nye nedbeitingsepisoder kan derfor raskt skje om forholdene skulle bli fordelaktige for kråkebollene i fremtiden.

Et annet prosjekt har sett på genetisk variasjon hos vasspest, som er et introdusert problem i en rekke norske vassdrag, men som i andre vassdrag ikke utviser samme problemvekst. De genetiske sammenligningene viste at det ingen forskjell var mellom de analyserte plantene fra Norge, Danmark, Sverige, Estland og Italia, eller mellom lokaliteter med problemvekst og med liten vekst.

eDNA

I motsetning til de andre prosjektene ble det også iverksatt prosjekter som har hatt som målsetting å utvikle metoder for tidlig påvisning av enkelt-arter basert på DNA direkte fra vannprøver, uten å måtte samle inn den organismen som ønskes undersøkt.

Denne metoden er kjent som miljø-DNA eller environmental DNA (eDNA). Dette er særlig aktuelt for oppdagelse av fremmede (svartlistede) arter, sjeldne (rødlistede) arter, og for sykdomsvekkende eller patogene organismer. Slik metodikk er utviklet for påvisning av introdusert rødgjellet solabbor (svartlistet), elvemusling (rødlistet), og for to arter mikroskopiske organismer som kan forårsake dødelighet hos oppdrettsfisk.

Til nytte for overvåkning

- Alle disse prosjektene har gitt ny kunnskap om spredning, genutveksling eller isolasjon mellom ulike områder og for ulike arter. Slik kunnskap er viktig både for økt forståelse av artenes spredningsmulighet og sårbarhet, og dermed også for forvaltningen, konkluderer Thaulow.

SIS Biodiversitet har i rekken av prosjekter generert en mengde resultater av både vitenskapelig og forvaltningsmessig interesse, og som nå er under publisering. Et viktig moment er at satsingen har gjort det mulig for mange av NIVAs biologer å opparbeide kompetanse og erfaring med bruk av DNA-markører, og hvilke muligheter som ligger i disse. Dette er svært aktuelt ved videre utvikling av overvåkingsmetodikk, f. eks. knyttet til implementering av Vannforskriften. SIS-aktiviteten har også medført at NIVA har blitt engasjert i nye prosjekter og etablert nye nettverk både nasjonalt og internasjonalt.