Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Mreže pajkov kot vir okoljske DNA

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.03.01  Naravoslovje  Biologija  Zoologija in zoofiziologija 

Koda Veda Področje
B005  Biomedicinske vede  Zoologija 

Koda Veda Področje
1.06  Naravoslovne vede  Biologija 
Ključne besede
Okoljska DNA, DNA črtne kode, metabarcoding, sekveniranje nove generacije, razvoj znanstvenih metod, mreže pajkov
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (1)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  32208  dr. Matjaž Gregorič  Biologija  Vodja projekta/programa  2017 - 2019  325 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0618  Znanstvenoraziskovalni center Slovenske akademije znanosti in umetnosti  Ljubljana   5105498000  58.546 
Povzetek
Aplikacija bioloških podatkov na pomembna družbena vprašanja je v glavnem omejena s pravilno identifikacijo osebkov. Tradicionalne metode monitoringa vrst in identifikacije osebkov se zanašajo na morfološke in vedenjske znake, te metode pa imajo dobro znane pomanjkljivosti. To so npr. časovna potratnost, redka taksonomska strokovnost, problematična diagnoza, invazivnost vzorčenja, itd. Tradicionalne metode so zato pogosto neprimerne in ne zmorejo delovnega napora, potrebnega za monitoring okolja, povezan z modernimi izzivi, kot so hitro izginjanje biotske pestrosti, klimatske spremembe in invazivne vrste.   Novi molekulski pristopi, kot je vzorčenje okoljske DNA (eDNA), to je pridobitev genetskega materiala neposredno iz okolja in v odsotnosti izvornega biološkega materiala, lahko potencialno premostijo številne omejitve tradicionalnega monitoringa biotske pestrosti. Več tkiv živih organizmov predstavlja možen vir eDNA, npr. urin, iztrebki, integument in izvencelična DNA. Okoljska DNA je prisotna v vseh medijih, npr. v prsti, vodi in permafrostu, njena obstojnost pa je v odvisnosti od medija lahko med nekaj tedni in več sto tisoč leti. Pomnoževanje eDNA je mogoče s ciljanjem določene vrste, ali pa s pomnoževanjem genetskega materiala več vrst (t.i. »metabarcoding«). Temu ustrezno je eDNA vedno pogosteje uporabljana za naslavljanje ključnih vprašanj v temeljnih in aplikativnih področjih znanosti, npr. ekologiji, molekulski biologiji, naravovarstvu in paleontologiji. V tem kontekstu tukaj predlagam raziskavo potencialne uporabe pajčjih mrež kot vira eDNA.   Pajki so izjemno raznovrstni in številčni, so dominantni plenilci, njihove mreže pa so izredno raznovrstne v zgradbi, velikosti in mikrohabitatu ter so prilagojene visoki raznolikosti plena. V dveh nedavnih študijah mrež pajkov so ugotovili, da mreže vsebujejo sledi DNA pajkov in njihovega plena. V tem kontekstu bi lahko genetski material, pridobljen iz pajčjih mrež, predstavljal novo, neinvazivno orodje za identifikacijo organizmov, vendar metoda ostaja skoraj neraziskana. Pajčje mreže so pogoste in jih lahko enostavno nabiramo, zato lahko eDNA potencialno predstavlja alternativo tradicionalnim metodam vzorčenja. Prav tako eDNA lahko predstavlja novo metodo v raziskovanju interakcij med pajki in njihovim plenom. Uporabljeno širše bi eDNA lahko predstavljala edinstveno priložnost v raziskovanju različnih splošnih vprašanj, povezanih z združbami členonožcev, brez potrebe po dejanskem vzorčenju živali. Zraven živalske eDNA bi lahko pajčje mreže vsebovale tudi genetski material drugih organizmov. Znano je, da se na pajčjih mrežah pasivno nabira pelod in spore gliv.   Ob ugotavljanju oddaljenosti organizmov od sledi njihove DNA je ključno upoštevati prostorsko in časovno komponento eDNA. V tem kontekstu mreže pajkov potencialno predstavljajo nov in učinkovit vir eDNA: na mrežah se nalaga DNA iz zračnega stolpca, ki je slabo raziskan vir eDNA, v primerjavi s sedimentom ali vodo pa verjetno vsebuje natančnejše prostorske in časovne podatke. V predlaganem projektu imam cilj testirati uporabnost različnih tipov mrež kot vira eDNA, kako faktorji, ki degradirajo DNA (UV svetloba, temperatura in vlažnost) vplivajo na uspešnost zaznave eDNA, in raziskati ali se eDNA določenih tipov organizmov (členonožci, glive, rastline) bolje nalagajo na določeni tipih mrež. Pričakujem, da bo predlagan projekt vzpostavil prvo osnovo za prihodnje raziskave eDNA iz mrež pajkov. Uporabnost te osnove ima velik potencial, od področij kot so monitoring biotske pestrosti, živalske prehrane, invazivnih vrst, klimatskih sprememb, do študij združb členonožcev, rastlin in gliv, kakor tudi testiranje eDNA v kontekstu metabarcoding-a.
Pomen za razvoj znanosti
Do sedaj so v zgolj dveh, laboratorijsko kontroliranih študijah, raziskovali ekstrakcijo DNA iz mrež za identifikacijo pajkov in plena. Tukaj predlagan projekt bo ovrednotil nekatere od potencialnih uporabnosti te nove metode. V ta namen bom raziskal uporabnost eDNA iz mrež tako na terenu, kot tudi med raznolikimi tipi mrež. Pričakujem, da se bodo mreže pajkov tudi v naravi izkazale za uporaben vir eDNA. Nadalje pričakujem, da se bodo mreže baldahinarjev in krogličarjev izkazale za uporabnejše kot vir eDNA členonožcev, medtem ko se bodo na kolesastih mrežah bolje nabirale spore gliv in pelod rastlin. Pričakujem tudi pridobitev uporabnih podatkov o vplivu različnih faktorjev, ki na pajčjih mrežah degenerirajo DNA. Nenazadnje bom izvedel tudi metabarcoding poizkus, ki bo zaoral ledino v mnogo-vrstnem pristopu k eDNA, pridobljeni iz pajčjih mrež. Predlagan projekt bo tako postavil prvo osnovo za prihodnje raziskave eDNA iz mrež pajkov. Uporabnost te osnove ima velik potencial, od uporabnosti za področja kot so monitoring biotske pestrosti, živalske prehrane, invazivnih vrst, klimatskih sprememb, do študij združb členonožcev, rastlin in gliv, kakor tudi testiranje eDNA v kontekstu metabarcoding-a. Kot tak je predlagan projekt zanimiv in relevanten za širok spekter znanstvenih področij.
Pomen za razvoj Slovenije
DNA črtne kode, bodisi skozi eno- ali mnogo-vrstni pristop, predstavljajo izjemno hitro razvijajoče se orodje za naslavljanje številnih družbenih izzivov. Med mnogimi uporabnimi vrednostmi DNA (meta)barcoding-a lahko uporaba mrež pajkov kot vira eDNA neposredno privede do novih pristopov k okoljskim (biodiverzitetnim) izzivom: npr. pri monitoringu biotske pestrosti z identifikacijo na nivoju vrste ter s populacijsko genetiko, pri določevanju prehrane živali, monitoringu invazivnih, kriptičnih, ogroženih ali domnevno izumrlimi vrstami, pri naslavljanju številnih vprašanj, povezanih s klimatskimi spremembami in vpliv človeka na nihanja populacij itn. Na mreže pajkov se nabira genetski material zračnega stolpca, kar je slabo raziskan medij za vzorčenje eDNA, hkrati pa tako pridobljena eDNA morda vsebuje časovne in prostorske podatke, ki so natančnejši v primerjavi z eDNA podatki iz drugih virov kot sta voda in sedimenti. V tem kontekstu lahko mreže pajkov predstavljajo novo, unikatno in potencialno zelo zmogljivo orodje za pridobivanje trenutnega genetskega materiala različnih organizmov, od členonožcev, rastlin in gliv, do morda celo bakterij. Ta projekt tako ne bo vodil samo k razvoju novih pristopov pri naslavljanju okoljskih problemov, temveč bo tudi vzpostavil podlago za potencialno ekonomsko uporabnost teh metod.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno