Teen Detectives Använda DNA till Stalk Invasiv Fisk

När de infiltrerar vattenkroppar är de nordliga snakeheadsna svåra att skaka. Den invasiva fisken låser sina nålskarpa tänder runt andra fiskar, infödda fåglar och små däggdjur, och de reproducerar som galen. Inom två år kan en enda kvinna lägga in 150 000 ägg. Så länge de blivit våta, kan de överleva på land i flera dagar, skryta sina fenor och svansar för att driva sig, från en kropp av vatten till nästa.

Hittills har New York State två utbrott av de ovälkomna gästerna, som är infödda i Asien, en som har blivit brottad under kontroll och en med en mycket mer problematisk prognos. Vänster obekant, befolkningen i en sjö i Orange County "har potential att infektera hela Hudson River dränering och bortom de stora sjöarna och kontinentala USA", enligt Department of Environmental Conservation.

När en invasiv art helt koloniserar ett nytt livsmiljö är det nästan omöjligt att fullständigt utrota. "För att vara helt ärlig, fungerar det nästan aldrig", säger Donna Cassidy-Hanley, en seniorforskningsassistent på Cornell College of Veterinary Medicine. En utomjordisk befolkning kan hanteras innan den når en kritisk massa - men det är också den tid då det är svårast att upptäcka och spåra. New York State sköts igenom med tusentals dammar och sjöar. Det är inte möjligt att vada i dem alla, ögonen skalade för en blixt av snakehead sadelmönstrade vågar. Så, på en regnig fallmorgon, satte en huddle av studenter att se på ett annat sätt.

Snakehead är mycket invasiv och svår att upptäcka. Wikimedia Commons / CC-BY-SA-2.0

Genom Cornells FishTracker-program, finansierat av USDA: s nationella institut för mat och jordbruk, lutade lag av jackor-klädda tonåringar ut över bryggor för att skopa vattenprover från Hudson River. De drog plastpåsar i vattenspelaren och försökte undvika både ytan och mudden rörde sig upp från botten. De huggade sedan varje påse med en tandpetare och låt trickle droppa genom ett filter som gick tillbaka till labbet.

Vad varje filter fångar är en jumble av genetiskt material som flyter runt i vattnet, sluged av de varelser som kallar floden hemma, eller ens precis gått igenom. I laboratoriet använder forskare en teknik som kallas kvantitativ PCR (qPCR), som låter dem rikta specifika DNA-signaturer i provet. "Tekniken ligger rätt från hyllan", säger James Casey, en virolog vid College of Veterinary Medicine, som utvecklade de genetiska tester som användes i studien. "Varje fisk i de stora sjöarna och NYC har barcodes, precis som den universella produktkoden som du söker i snabbköpet." Med hjälp av dessa särpräglade genetiska identifierare, säger Casey, "vi kan göra primers och sonder som bara specifikt identifierar det. "För nu är FishTracker-projektet ute efter en rad utlänningar av amerikanska vattendrag: havslampor, asiatisk karp, runda goby, nordlig snakehead, vit abborre och asiatisk trämpa. Under idealiska förhållanden kan tekniken suga ut en enda fisk i en 50 hektar damm som är 10 meter djup. Och eftersom DNA hänger i vattnet i upp till sex timmar kan testet även flagga besökare som har flyttat på.

Sedan pilotprogrammet startade för tre år sedan har mer än 3000 studenter från 78 skolor undersökt 320 platser över New York State. De övervakar för närvarande sex invasiva arter och två utrotningshotade, den amerikanska ålen och djuphavscykeln. För studenter är programmet en tillgänglig, upp-nära introduktion till annars opaka ideer om ekologi, genomik och bevarande. "Det leder dem till vetenskap i en riktig bemärkelse", säger Casey. "Det börjar en konversation som eleverna inte kan komma ifrån." Och eftersom eleverna kopplar samman sina samplingar med GPS-koordinater kan de data som kartläggs och är tillgängliga på en öppen åtkomstwebbplats berätta för hjälp forskare och partner bestämmer vart man ska fokusera skräddarsydda utrotningsinsatser.

DNA som eleverna samlar kan användas för att söka efter invasiva arter och tjäna som utgångspunkt för framtida arbete. Cornell University

Vart och ett av dessa DNA-laddade filter är en ögonblicksbild av ett visst ekosystem vid en viss tidpunkt, så de data de innehåller är fortfarande värdefulla, även efter att de har skannats för invasivt DNA. Forskarna skapar en lager av dem, hålls vid -80 grader Celsius, så att de senare kan ses igen för andra arter eller för att se hur förändringar som klimat och utveckling förändrar ekosystemen, driver vissa arter bort från deras nuvarande livsmiljöer eller ge andra rum att blomstra.

Så långt som faktiskt hindrar dessa invasiva från att ta över är arbetet "en droppe i hinken", säger Cassidy-Hanley, men det är "att skapa en mekanism som är utbyggbar, pålitlig och relativt ekonomisk". Och det ger barnen en smak av vattenmedicinsk vetenskap i processen.