Międzynarodowy projekt badawczy koordynowany przez prof. Floriana Leese z Uniwersytetu Duisburg-Essen skupia specjalistów w zakresie opracowywania i wdrażania nowoczesnych metod molekularnych i automatycznego rozpoznawania obrazów w celu ulepszenia monitorowania różnorodności biologicznej w rzekach Europy. Znaleźli się w nim przedstawiciele 14 instytucji naukowych z 11 europejskich krajów, w tym reprezentujący Polskę naukowcy z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego (UŁ).

"Głównym zadaniem projektu jest rozszerzenie działań w obrębie już istniejącego monitoringu środowiska. Zależy nam, aby uzyskać jeszcze dokładniejsze dane nie tylko na temat stanu ekologicznego rzek, ale także bioróżnorodności włączając w to bioróżnorodność na poziomie genetycznym" – wyjaśniła prof. Karolina Bącela-Spychalska z Katedry Zoologii Bezkręgowców i Hydrobiologii UŁ.

Jak podkreśliła biolożka, bardzo ważne jest uświadomienie sobie, że nasze życie jest uzależnione od innych organizmów, które funkcjonują na Ziemi. "Wprowadzając jakiekolwiek zmiany, naruszamy sieci zależności i tym samym doprowadzamy do drastycznych i często nieodwracalnych zmian, które w konsekwencji odczujemy sami" – podkreśliła.

Aby wykorzystać możliwości nowych metod monitorowania różnorodności biologicznej w Europie, naukowcy będą dążyć do ich wdrożenia w procedury istniejącego i sprawdzonego monitorowania jednolitych części wód powierzchniowych (JCWP) w ramach Europejskiej Ramowej Dyrektywy Wodnej (2000/60/WE), która stanowi podstawę dla rutynowego biomonitoringu rzek.

Projekt naukowy pod nazwą "DNAquaIMG" ma również odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób zmiany w zespołach organizmów są powiązane z różnorodnością funkcjonalną i klasą stanu ekologicznego wód. W związku z tym identyfikacja organizmów do poziomu gatunku jest konieczna dla uzyskania wiarygodnych wskazań zmian bioróżnorodności.

"Skupiamy się na badaniu dwóch grup organizmów standardowo stosowanych jako wskaźniki ekologicznego stanu wód – makrobezkręgowcach bentosowych i okrzemkach. Te niewielkie organizmy są kluczowe dla funkcjonowania ekosystemu i szybko reagują na zmiany, szczególnie te wynikające z działalności człowieka tj. zanieczyszczenia czy przekształcanie cieków" – tłumaczyła prof. Bącela-Spychalska.

Dodała przy tym, że zespół nie zamierza wyważać otwartych drzwi, lecz stara się udoskonalić funkcjonujący już system monitoringu.

"Włączamy nowoczesne metody. Po pierwsze identyfikowanie organizmów za pomocą NGS i kodów kreskowych DNA (barkodów DNA), które pozwolą nam w krótkim czasie, z dużą dokładnością i przy niewielkim nakładzie finansowanym oraz osobowym zaklasyfikować organizmy dla wielu prób jednocześnie. Z drugiej strony wprowadzamy automatyczne rozpoznawanie obrazu, które identyfikuje organizmy z mniejszą dokładnością, ale pozwala na oszacowanie biomasy i udziału poszczególnych organizmów w danym zespole. Połączenie tych uzupełniających się metod daje szansę uzyskania bardzo spójnego wyniku" – wyjaśniła.

Tej wiosny naukowcy wraz pracownikami Centralnego Laboratorium Badawczego GIOŚ zbiorą próby zwierząt bezkręgowych i okrzemek z wybranych rzek, które później będą sortowane, opracowane zgodnie z obecnie obowiązującymi procedurami, a następnie poddane dwóm analizom.

"Te same próby będą wykorzystane do barkodowania DNA, czyli stworzenia listy gatunków na podstawie danych molekularnych oraz automatycznego rozpoznawania obrazu, aby zintegrować dane uzyskane za pomocą tych dwóch metod" – dodała prof. Bącela-Spychalska.

Naukowcy zwrócili uwagę, że badanie barkodów DNA przypomina trochę sczytywanie kodu kreskowego produktów podczas zakupów. Dzięki informacjom zawartym w kodzie kreskowym szybko można określić cenę, gramaturę i rodzaj produktu. "Podobnie jest z badaniem genów, gdzie układ nukleotydów tworzących nici DNA pozwala uzyskać precyzyjną informację o tym, z jakimi organizmami mamy do czynienia. Barkody DNA to fragmenty specyficzne dla danego gatunku, dzięki nim możemy szybko zidentyfikować badane organizmy" – wyjaśniła badaczka.

W oparciu o wyniki projektu naukowcy planują opracować strategię wdrożenia nowoczesnych metod w funkcjonujące procedury monitorowania wód, a tym samym ulepszenie systemu międzynarodowego monitorowania różnorodności biologicznej i zmian ekosystemów w celu wsparcia wdrażania Europejskiego Zielonego Ładu, w szczególności Europejskiej Strategii Różnorodności Biologicznej oraz COP15: Globalnych Ram Bioróżnorodności Kunming-Montreal.

"Chodzi o to, by dzięki nowym metodom uzyskać nie tylko dane dotyczące stanu ekologicznego wód, ale także na temat różnorodności biologicznej z różnych obszarów, i aby móc je porównać, pomimo różnych uwarunkowań środowiskowych, społecznych, ekonomicznych i biurokratycznych. Tak, by móc dbać o różnorodność rzek na terenie Europy i móc jeszcze skuteczniej chronić przyrodę" – zaznaczyła prof. Bącela-Spychalska. (PAP)

Bartłomiej Pawlak