DNA som svävar i luften avslöjar ekosystemens dolda förflutna

Daniel Svensson och Anna-Mia Johansson tar en paus från DNA-extraktionerna för att diskutera nya resultat. Båda är forskningsingenjörer vid Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap och medförfattare till studien.

BildBea Andersson

Alla organismer släpper ifrån sig cellfragment med DNA till miljön. Nu har forskare genomfört den hittills största och mest detaljerade analysen av luftburet DNA med hjälp av filter som ursprungligen använts för att övervaka radioaktivt nedfall.

Filter för luftövervakning finns på hundratals platser världen över. Just dessa kommer från en station utanför Kiruna och har legat arkiverade i en källare hos Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI, sedan 1960-talet. När forskaren Per Stenberg för ungefär ett decennium sedan fick höra talas om arkivet insåg han och kollegan Mats Forsman vilken guldgruva det var.

Visar ekosystemen vecka för vecka

Vecka för vecka har filtren samlat in DNA från allt levande: växter, svampar, insekter, mikrober, fåglar, fiskar, och till och med stora däggdjur som älg och ren. Genom att sekvensera DNA:t har forskargruppen veckovis kunnat följa förekomsten av 2 700 typer av organismer inom flera mils radie från stationen, och hur de ökat eller minskat över 34 år.

– Det var en lyckoträff att filtren sparats och dessutom är gjorda av ett material som bevarar DNA. Arkivet visade sig vara en tidsmaskin som gjorde att vi kunde återvända till det förflutna och följa hur ett ekosystem förändrats nästan i realtid, säger Per Stenberg, huvudförfattare till studien som genomförts av forskare från Umeå universitet, Sveriges lantbruksuniversitet och Totalförsvarets forskningsinstitut.

Det var en lyckoträff att filtren sparats och dessutom är gjorda av ett material som bevarar DNA

När forskarna analyserade långsiktiga mönster såg de tydligt att den biologiska mångfalden minskat i området från 1970-talet till början av 2000-talet. Exempel på organismer som minskat är björk samt ved-associerade lavar och svampar. Den generella minskningen går inte att förklara med klimatförändringar, utan verkar snarare ha ett samband med mänskliga aktiviteter såsom skogsbruk.

Helt ny metod för luftburet DNA

Analyser av DNA i luften har gjorts tidigare, men det här är en helt ny och betydligt mer heltäckande metod som dessutom sträcker sig över flera decennier. Forskargruppen har använt omfattande DNA-sekvensering, maskininlärningsbaserad identifiering av organismer och modellering av luftrörelser för att spåra DNA:ts ursprung. Jämförelser med traditionella fältinventeringar visar att metoden är tillförlitlig både då det gäller identifiering av organismer och förändringar i deras förekomster.

– Det här arbetet är resultatet av nio år av intensiv forskning och utveckling. Jag ser fram emot att använda dessa data, tillsammans med pågående sekvensering av ytterligare filter, för att besvara en rad olika frågor, säger Daniel Svensson, medförfattare till studien.

Per Stenberg vid platsen för luftfilterstationen utanför Kiruna.

BildEdvin Karlsson

Studien visar att det går att använda de nätverk av luftfilterstationer som redan finns för att följa utvecklingen av den biologiska mångfalden och för att rekonstruera ekosystem i områden där det saknas grunddata. Det är nödvändigt för att kunna förutsäga förändringar i framtiden och för att anpassa strategier för förvaltning och bevarande.

– Metoden kan också upptäcka och följa genetisk variation och förekomster av invasiva arter och patogener, säger Per Stenberg.