Image
DNA i jordsmonnet forteller også om planter som ikke er synlige i øyeblikket.

DNA i jordsmonnet forteller også om planter som ikke er synlige i øyeblikket. Illustrasjon: Barth van Rossum, FMP Berlin

– DNA-analyser av jordprøver kan brukes til å kartlegge naturtyper

Naturtyper på land kan kartlegges ved å analysere DNA-rester i jordprøver. Den nye metoden oppdager arter som selv de beste feltbiologene kan overse.

Forskerne Mari Elisabeth Engelstad (t.v.), Maria Ariza Salazar og Eva Lieungh i typisk jordprøve-stilling: På huk i Botanisk hage, foran det berømte "lommetørkletreet" og en overdimensjonert DNA-spiral i metall. Foto: Bjarne Røsjø/UiO

Både skogeiere, utbyggere, kommuner og fylker skal kartlegge naturtyper før de setter i gang hogst eller utbyggingsprosjekter – for å sikre at truede arter og naturtyper ikke blir ødelagt. Denne kartleggingen er i dag basert på feltarbeid, som er både tidkrevende og kostbart. Men nå er forskerne i ferd med å utvikle nye metoder som kommer til å revolusjonere måten kartleggingen av naturtyper og plantesamfunn foregår på.

You can also read this article in English

– Etter det jeg vet, er vi de første som har vist at metoden som kalles miljøDNA metastrekkoding kan brukes til å kartlegge naturtyper på land. Metoden er ennå ikke utviklet så langt at den kan tas i praktisk bruk. Men om noen år kan naturtyper kartlegges ved å ta små jordprøver som analyseres i felten i en liten maskin på størrelse med en GameBoy, spår forsker Mari Elisabeth Engelstad ved Naturhistorisk museum.

I dag foregår mye av den norske naturkartleggingen etter Artsdatabankens system Natur i Norge (NiN), som er nøye gjennomarbeidet og i kontinuerlig utvikling. Metoden er basert på at biologer går ut i felten og identifiserer plantene som er til stede i et område. De sammenholder dette med informasjon om hvilke økologiske faktorer som er viktige i området, og på den måten bestemmer de naturtypen.

– Men det er ikke til å stikke under stol at all kartlegging gjort av mennesker til en viss grad vil være subjektiv. Kartleggerne kan for eksempel komme fra ulike bakgrunner eller ha ulik kjennskap til arter og systemet det kartlegges i, påpeker Engelstad.

Objektiv og effektiv teknikk

Det er ingen enkel sak å kartlegge naturtyper og påvise truede arter. Ifølge Artsdatabanken finnes det i dag ca. 44.000 kjente arter av dyr, planter og sopp i Norge. Hvis vi tar med de artene som ennå ikke er kjent, er det reelle antallet arter kanskje rundt 60.000.

Fakta

MiljøDNA-strekkoding

DNA-strekkoding går ut på at korte biter av en ukjent organismes arvestoff (DNA) sammenlignes med DNA fra kjente arter i et kvalitetssikret DNA-bibliotek.

Navnet henviser til likheten med strekkoder kjent fra detaljhandelen, der varer har unike strekkoder for maskinell identifisering.

Bulkprøver og miljøprøver identifiserer flere arter i samme prøve og kalles DNA meta-strekkoding. Den lille forbokstaven e i det mye brukte engelske uttrykket «eDNA» er en forkortelse for «environment» og signaliserer at det er snakk om miljøprøver

Kilder: Norwegian Barcode of Life og Store Norske leksikon

Artsdatabanken har beskrevet en lang rekke naturtyper i Norge, og alle naturtypene har arter som er karakteriske for dem. Men mange av disse kan være vanskelige å finne. Det finnes også en egen rødliste over naturtyper som har risiko for å gå tapt i Norge, som for eksempel slåttemark, kystgranskog, rik edelløvskog og palsmyr.

Mari Engelstad har nylig tatt en mastergrad ved Naturhistorisk Museum, i samarbeid med veilederne Eva Lieungh og Maria Ariza Salazar. Kartleggingsmetoden de beskriver er vesentlig mer treffsikker enn den tradisjonelle kartleggingen; metoden kan i prinsippet finne alle arter som lever i området. Men selv de mest erfarne feltbiologene kan risikere å overse for eksempel en sjelden og truet orkidé, hvis den ikke står i blomst akkurat den dagen feltarbeidet foregår.

– Jeg har selv vært med på slikt feltarbeid mens jeg var masterstudent, og jeg var slett ikke sikker på at jeg hadde full oversikt over alle de rødlistede artene jeg skulle holde utkikk etter. Meta-strekkoding er til sammenlikning en objektiv og effektiv teknikk for å finne arter, sier Eva Lieungh.

Naturtyper skal kartlegges

Miljødirektoratet sender hver sommer ut ca. 100 feltarbeidere for å fylle Norgeskartet med nye data om naturen. Innen utgangen av 2020 skal direktoratet ha klart å kartlegge ca. 5500 kvadratkilometer (km2) av arealet i Norge, ifølge en pressemelding. Dette er mer enn summen av alle bebygde arealer i Norge, men det utgjør fortsatt ikke mer enn ca. 1,5 prosent av Norges totale landareal.

I tillegg til Miljødirektoratets kartlegging, som fokuserer på områder med stort utbyggingspress, blir det hvert år foretatt en del kartlegging av andre aktører i forkant av konkrete utbyggingsprosjekter. Men det er fortsatt mye natur som ikke er kartlagt, og det er stort behov for nye og mer effektive metoder.

Sammenlikner med et referansebibliotek

Mari Elisabeth Engelstad under feltarbeidet, som foregikk på Hvaler. Foto: Eva Lieungh/UiO

Utgangspunktet for metoden som bruker metastrekkoding, er at alle planter som vokser i et område vil gi opphav til DNA-fragmenter i den øverste delen av jordsmonnet. Trærne mister for eksempel løv og barnåler, og plantene på bakken visner om høsten. En forholdsvis liten jordprøve vil derfor inneholde DNA-rester som kan brukes til å identifisere alle artene i plantesamfunnet.

– Det er ikke nødvendig å analysere komplette DNA-sekvenser når vi kartlegger plantesamfunn med denne metoden. Vi leter isteden etter korte DNA-fragmenter som er tilstrekkelig variable til at vi kan identifisere slekter. Slike fragmenter kan for eksempel finnes i kloroplastene. Man kan så bruke kunnskap om utbredelse og lokal flora til å bestemme det ned til art dersom dette er nødvendig, forteller Maria Ariza Salazar.

Salazar er også med i det internasjonale prosjektet Plant.ID, som går ut på å finne signalmolekyler som kan brukes til å identifisere planter. Forskerne i det prosjektet har tidligere blant annet funnet ut at mange helsekostprepater ikke inneholder det de lover; det kan du lese mer om i denne artikkelen.

Mange norske planters DNA-sekvenser er allerede undersøkt, slik at Mari Elisabeth Engelstad kunne sammenlikne DNA-fragmentene hun fant i jordprøvene med et referansebibliotek som er utviklet ved Universitetet i Tromsø – som har den norske noden (knutepunktet) av The International Barcode of Life (IBOL) for blomsterplanter.

– Biblioteket i Tromsø har mest data om arter i den arktisk-boreale regionen, men det gikk også an å bruke det når jeg skulle analysere mer sørlige plantesamfunn, forteller Engelstad.

– Det er for øvrig en stor fordel at den norske floraen allerede er svært godt kartlagt, til de grader at svært mange norske hjem har en flora i bokhylla. Slik er det ikke i mange andre land, tilføyer Eva Lieungh.

Systemet med referansebiblioteker er for øvrig inne i en rivende utvikling, både i Norge og internasjonalt. IBOL-organisasjonen har en ambisjon om å utvikle et referansebibliotek som inneholder informasjon om DNA-sekvensene hos alle arter på jorden. Den norske delen av prosjektet heter NorBOL og er et nettverk av norske forskere og forskningsinstitusjoner som arbeider med DNA-strekkoding av levende organismer i Norge.

Metoden blir konkurransedyktig

Du skal være på rett sted til rett tid for å finne rikelige mengder med kantarell og traktkantarell. Men soppenes DNA ligger i jordsmonnet året rundt, også når fruktlegemene ikke er synlige. Foto: Bjarne Røsjø/UiO

De tre forskerne beskriver strekkode-metoden som enkel i bruk. Foreløpig er den imidlertid forholdsvis kostbar, men utviklingen av alle former for DNA-analyser skjer fort for tiden.

– Derfor kommer disse metodene til å bli billigere for hvert år som går. Feltarbeid vil derimot alltid være kostbart, så det er ikke vanskelig å spå at denne metoden snart er konkurransedyktig også på pris, påpeker Eva Lieungh.

– Dessuten byr DNA-metoden på mange andre fordeler. Feltkartlegging må jo gjøres om sommeren mens plantene er synlige og kan identifiseres, mens jordprøvene kan tas når som helst så lenge det ikke er snø eller frost i bakken, tilføyer Salazar.

I tillegg vil jordprøvene vise DNA fra plantearter som ikke er synlige på den tiden da feltarbeidet foregår. Mari Engelstad beviste dette da hun sammenliknet en morfologisk vegetasjonsanalyse med resultatene fra DNA-metoden: Da fant hun mange flere arter i jordprøven enn det som var synlig over bakken.

Videreutvikler metoden

Forskerne ved Naturhistorisk museum er allerede i ferd med å videreutvikle metoden som Engelstad har dokumentert.

– Jeg oppdaget blant annet at en del av mosene ikke ble godt kartlagt med metoden slik den er i dag. Men dette kommer til å bli bedre etter hvert, forteller Engelstad. Metoden er heller ikke god til å identifisere sopp, men dette skal komme på plass i fremtidige versjoner.

– Om noen år kommer denne metoden uansett til å overgå feltbiologene når det gjelder å identifisere sopparter. Sopper er jo veldig vanskelige å kartlegge med tradisjonelt feltarbeid, fordi de kan leve underjordisk og usynlig i årevis. Det som folk flest kaller «sopp», er jo bare fruktlegemene, som er synlige i noen dager. Men jordsmonnet inneholder disse soppenes DNA året rundt, påpeker Lieungh.

De tre forskerne er enige om at det er mange hensyn å ta ved innsamlingen av jordprøver fra et plantesamfunn. Det kan for eksempel hende at de finner DNA-rester i øvre jordlag etter planter som vokste der tidligere, kanskje for så mye som 50 år siden. Men det er jo bare en fordel, for da inneholder jordprøven i praksis informasjon om hvordan området er blitt brukt tidligere.

– Når vi tar en jordprøve, kan det også hende at vi finner DNA-rester etter planter som vokser et stykke fra stedet der prøven blir tatt. Hvis du tar en prøve for eksempel langt nede i en skråning, kan du kanskje få med deg DNA fra arter som lever lenger oppe i skråningen. Vi må i det hele tatt utvikle en metodikk som beskriver hvordan jordprøvene skal tas. Det beste er antakelig å ta jordprøver med faste mellomrom i et slags grid-nettverk, antyder Salazar – som jobber med en doktorgrad om dette.

Feltbiologene blir ikke arbeidsløse

– Dette betyr kanskje at feltbiologene kommer til å miste jobben om noen år?

– Nei da, det tror jeg ikke, svarer Engelstad. – Jeg tror heller at feltbiologene og de taksonomiske ekspertene kan få andre jobber med for eksempel å bygge opp databaser og referanselaboratorier og med å utvikle systemene. Så kan innsamlingen av jordprøver overlates til folk med litt mindre taksonomisk kompetanse. Denne innsamlingen vil åpenbart være mindre ressurskrevende enn dagens feltarbeid, sier hun.

Feltarbeid er for øvrig ikke den eneste metoden som brukes for naturkartlegging i dag. Fjernmåling regnes som den mest kostnadseffektive metoden, men kan ikke alltid brukes. Kommuner, utbyggere og naturvernere har for eksempel ikke stor nytte av fjernmåling når de trenger finskala-informasjon om økosystemene og artene på bakken.

Mari Elisabeth Engelstad var ute i felten på Hvaler to ganger: Først for å ta jordprøver og så for å foreta vegetasjonsanalyser.

– Vegetasjonsanalysene ble gjort for å kunne sammenligne det vi fant over og under bakken. Jordprøvene ble tatt ved at rester av dødt organisk materiale (felte blader osv.) ble fjernet fra et lite område – for å komme frem til jorden. Deretter satte vi ned et såkalt Falcon-rør og hamret det ned i jordsmonnet. Røret ble da fylt av jord, og så dro vi det opp før vi satte på lokk, merket det og la det i en individuell zip-lock-pose for å forhindre forurensning, forklarer Engelstad.

– Om fjernmåling kunne ha blitt brukt sammen med artsbestemmelse fra miljø-DNA, ville man ha kunnet fylle noen kunnskapshull og satse mer på fjernmåling i fremtiden. Mer automatisering er nok uansett dit vi går. Den metoden jeg har jobbet med, er kun en smakebit på hva som kan være mulig å få til i fremtiden, oppsummerer Mari Elisabeth Engelstad.

Kontaktpersoner:

Mari Elisabeth Engelstad, mastergradsstudent ved Naturhistorisk museum

Stipendiat Eva Lieungh, Naturhistorisk museum

Stipendiat Maria Ariza Salazar, Naturhistorisk museum

Professor Hugo de Boer, Natural History Museum

Les mer på Titan og Apollon:

– Betre kartlegging av biomangfald i miljøutsette område er mogleg. Publisert 21. mai 2020

Nå kan naturen kartlegges fra kontorstolen. Publisert 31. august 2018

Sjekker om naturen har feber. Publisert 22. august 2018

– Naturen er en gratis, verdifull og bivirkningsfri lykkepille. Publisert 24. oktober 2019

Ny antibiotika-idé: Vil hindre bakteriene i å feste seg. Publisert 13. mai 2019

Identifiserer planterester ved hjelp av "strekkoder" i DNA. Publisert 17. september 2018

Mer lesestoff fra andre kilder:

Aftenposten: Staten leter ikke etter truede arter hvis ikke grunneieren inviterer. Publisert 24. juni 2020

Naturvernforbundet Oslo og Akershus: NOA stopper hogst i Vestmarka. Publisert 23. juni 2020.

Miljødirektoratet: Trua natur kartlegges i stor skala. Publisert 15. juni 2020

Miljødirektoratet: Kriterier for lagring av miljø-DNA prøver og data, herunder henvisning til referansemateriale. Publisert 24. mars 2020.

Silje Ask Lundberg, Hans Christian Deilhaug, Gjermund Andersen: Rødlistede arter: skognæring og myndigheter tar ikke ansvar. Avisa Varden, 25. mars 2020.

Sabima: Naturpanelet: En million arter er truet. Publisert i mai 2019

Regjeringen: Alarmerende fra naturpanelet. Publisert 6. mai 2019