31 de Diciembre de 2021
Biodiversidad

El ADN en el aire permitirá catalogar los insectos ocultos que nos rodean

Demuestran cómo la tecnología de ADN ambiental podría usarse para evaluar los animales que zumban a nuestro alrededor.

Secuenciar el material genético en las células desprendidas por los organismos, su ADN ambiental, en el aire podría ayudar a identificar nuevas especies de insectos. [Pixabay]

Hace una década, biólogos e historiadores de la naturaleza de todo el mundo lanzaron ambiciosos objetivos para crear inventarios de la biodiversidad de nuestro planeta. Después de todo, dijeron, no se puede guardar lo que no se sabe que existe. Incluso algunas estimaciones elevadas sugieren que solo una cuarta parte de las especies de la Tierra han sido descritas por la ciencia, lo que genera preocupaciones sobre el panorama general en medio de las crecientes tasas de extinción.

A medida que estos proyectos han avanzando a través del minucioso trabajo de recopilación y descripción de especies, ha surgido una nueva línea de investigación para capturar el ADN de las especies desconocidas de la Tierra con fines de catalogación: extraerlo del aire que nos rodea.

El enfoque, que implica secuenciar el material genético en las células desprendidas por los organismos, o su ADN ambiental (ADNa), resulta especialmente útil en el muestreo de insectos. Es menos costoso y más rápido que los métodos de muestreo tradicionales y puede capturar de manera simultánea datos de muchas especies sin dañarlas.

Una nueva investigación presentada este mes en la conferencia «Ecología a través de las fronteras» informa sobre un esfuerzo de prueba de concepto para mostrar cómo funciona. Mientras trabajaba como becario posdoctoral en la Universidad de Lund, Fabian Roger recolectó muestras en el aire utilizando un separador ciclónico disponible comercialmente, que hace girar el aire en un tubo lleno de líquido, atrapando así fragmentos de ADN previamente transportados en el aire. Recolectó muestras de aire en tres lugares del sur de Suecia, donde también utilizó métodos tradicionales para estudiar insectos y compararlos

A continuación, Roger y sus colegas extrajeron segmentos de ADN de las muestras para su posterior amplificación y secuenciación. Con el fin de identificar los taxones, el equipo se basó en un análisis masivo de códigos de barras genéticos (metabarcoding), una técnica que permite la detección simultánea de agregados de especies de regiones cortas de genes que se encuentran en una sola muestra. Ninguna de las especies identificadas era nueva para la ciencia. El objetivo del trabajo era demostrar la posibilidad de inventariar insectos analizando el ADN recolectado de muestras de aire.

El equipo encontró rastros de ADN de 85 especies, incluidas mariposas, escarabajos, hormigas, moscas y sus parientes cercanos. También hallaron nueve especies de ranas, aves y otros vertebrados. Algunas de las identificaciones se superpusieron con los resultados de un análisis convencional, pero el método ADNa omitió otras. Por ejemplo, se encontraron 48 especies de polillas en trampas, pero el método de muestreo de aire solo identificó nueve. El trabajo aún no ha sido revisado por pares.Roger, ahora en ETH en Suiza, explica que se inspiró para intentar tomar muestras de ADNa en el aire después de monitorear los ecosistemas acuáticos en busca de nuevas especies. «Me di cuenta de lo difícil que era obtener buenos datos sobre las poblaciones», indica. «Y con una investigación reciente que muestra una reducción del 70 por ciento en la biomasa de insectos, tenemos una falta crucial de datos». Sabía que algunos entomólogos ya estaban detectando ADNa de insectos en el suelo. Si el ADN de un insecto terminaba en tierra firme, razonó, podría haber comenzado en otro lugar, como es el aire de encima.

Especies por descubrir

Los investigadores calculan que solo un millón de los 5,5 millones de especies de insectos han sido descritas formalmente por los científicos, por lo que mirar al aire para monitorear la biodiversidad de las especies es un desarrollo emocionante que puede acelerar los esfuerzos de conservación, sostiene Kristine Bohmann, investigadora de genómica evolutiva en la Universidad de Copenhague. Ella no participó en la nueva investigación, pero en fecha reciente ha efectuado estudios sobre la detección de ADNa de mamíferos, aves, reptiles y anfibios en el aire en el zoológico de Copenhague.

«Ha llegado el momento de que el ADN ambiental adquiera este nuevo sustrato», señala. Según agrega, ha trabajado en ADNa en muestras fecales; otros investigadores han analizado el suelo, el agua e incluso las flores para descubrir qué especies polinizadoras han aterrizado allí. «Se ha invertido mucho en desarrollar las técnicas y asegurarnos de que sean fiables, por lo que es increíble ver los resultados. ¿Por qué no pensamos en esto antes?», plantea.

Cuando se trata de monitorear insectos resulta de especial importancia usar un método que no requiera matar a las criaturas que se están evaluando, subraya Bohmann. Algunos métodos de inventario de ADN a menudo implican capturar y aplastar las especies para crear una mezcla de insectos.

Con todo, varias preguntas en torno al ADNa y el aire siguen siendo confusas, indica Elizabeth Clare, ecóloga molecular de la Universidad de York en Canadá, que ha trabajado en estudios similares de muestreo de aire. Por un lado, no está claro cuánto tiempo persiste el ADN de un insecto individual en el aire después de que haya abandonado un lugar. ¿Los investigadores están detectando una visita reciente o una realizada hace meses? Los estudios han encontrado ADN intacto en el permafrost hasta 10.000 años después de la muerte de los organismos. Pero en otras condiciones, como la exposición a la radiación ultravioleta del sol, el ADN puede degradarse con rapidez.

En ambientes acuáticos como ríos y lagos, el ADN puede quedar atrapado en sedimentos y luego agitarse en algún momento más adelante en el tiempo, dice Clare. «Yo me imagino que algo similar podría suceder en la tierra, donde está en el suelo y si perturbas el suelo, de repente se vuelve a suspender en el aire. Así que realmente no sabemos si el eDNA es de [hace] minutos, horas o décadas».

Muestreos más detallados

Otra gran pregunta tiene que ver con la abundancia. ¿Una señal más grande del ADN de una especie indica la presencia de un mayor número de individuos? Este es uno de los temas más candentes en los círculos de investigación de ADNa, afirma Clare. «La respuesta no es simple. No se puede conocer la abundancia a menos que tenga condiciones extremadamente controladas», explica. Alguna evidencia en condiciones acuáticas sugiere que la cantidad de ADN de una especie se halla relacionada con su abundancia ambiental, así como la distancia recorrida hasta la estación de muestreo, agrega. La señal puede ser mayor cuando las especies están más cerca del punto de muestreo.

Tal señal de ADNa podría revelar la existencia de una mariposa justo al lado del punto de muestreo de aire o un vasto caleidoscopio de lepidópteros más lejos. Y cuando algo muere, el cuerpo que se degrada por lo general desprende más material genético del que tenía vivo, indica Clare. «No sabemos la respuesta a ninguna de estas preguntas».
Una vez resueltas estas cuestiones, Roger imagina un mundo de monitoreo pasivo e instantáneo de insectos, tanto en puntos críticos de biodiversidad como en campos agrícolas, donde los productores podrían ser alertados de los primeros signos de una plaga invasora.

Los beneficios potenciales de la investigación del ADNa en el aire son inmensos, sugiere Brian Brown, quien dirige el Departamento de Entomología del Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles. Brown viaja por todo el mundo utilizando enfoques convencionales para muestrear insectos y crear bibliotecas de referencia taxonómica, el tipo de material que será vital para comprender los fragmentos genéticos de los muestreadores de ADNa. «No creo que esto reemplace lo que hago», indica, «pero es emocionante porque es asequible y podría ser muy poco trabajo secuenciar el aire. Es fascinante pensar que vivimos y nos movemos a través de una matriz de sopa biológica».

Katharine Gammon

Referencia: «Airborne environmental DNA metabarcoding for the monitoring of terrestrial insects -a proof of concept» F. Roger et. al., preimpresión en BioRxiv, 2021.

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Scientific American.

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