Un nuevo estudio reveló que los sistemas de monitoreo de la calidad del aire, de los cuales ya hay miles instalados en más de 100 países, podrían ya captar y almacenar ADN ambiental, o eDNA.
El eDNA es el material genético que desprenden los organismos vivos y que puede encontrarse en el medio ambiente.
Mediante el análisis del eDNA, los científicos pueden identificar los tipos de organismos presentes en una zona.
En los últimos 20 años, los investigadores han descubierto formas de utilizar estos datos para rastrear una amplia gama de biodiversidad en todo el mundo.
Pero actualmente no existe una red de infraestructura mundial para monitorear la biodiversidad de este modo.
La nueva investigación, publicada en Current Biology, revela que los sistemas de monitoreo de la calidad del aire, de los cuales ya hay miles instalados en más de 100 países, podrían ya captar y almacenar ADN ambiental, o eDNA.
El estudio señala que existe una «urgencia» por analizar con más profundidad esta posibilidad a escala mundial y por preservar mejor los datos existentes.
Un experto, que no participó en el estudio, indica a Carbon Brief que los hallazgos son «sumamente importantes y oportunos».
Pero otro experto advierte que el estudio podría generar una «expectativa excesiva» sobre las posibilidades del análisis de eDNA.
CSI sobre biodiversidad
La biodiversidad está disminuyendo actualmente a la velocidad más rápida de la historia de la humanidad.
A nivel mundial, las poblaciones de fauna silvestre disminuyeron un promedio del 69% entre 1970 y 2016, según un informe de WWF de 2022. El cambio climático se encuentra entre los principales factores de la pérdida de biodiversidad.
En diciembre de 2022, casi 200 países se comprometieron en Montreal con un conjunto de objetivos y metas para «detener y revertir» la pérdida de biodiversidad en 2030. Pero alcanzar estos objetivos requiere implantar sistemas de monitoreo que permitan comprender cómo cambian las poblaciones.
Una de las herramientas a disposición de los científicos es el uso del ADN ambiental.
El ADN ambiental puede considerarse una «ciencia forense para la fauna silvestre», afirma el Dr. David Duffy, profesor adjunto de genómica de enfermedades de la fauna silvestre en la Universidad de Florida. Explica a Carbon Brief:
Esencialmente, todas las especies desprenden continuamente pequeñas cantidades de ADN en el medio ambiente.
[El eDNA] es la recuperación y el análisis del ADN que los organismos han desprendido en el medio ambiente. Se ha demostrado que puede recuperarse a partir de muestras de aire, de suelo [y] de agua.
Este ADN se desprende de muchas formas, como células de la piel, pelo, heces y escamas. Es una herramienta útil para medir los cambios en el área de distribución de las especies, entre otras observaciones, afirma Duffy.
La técnica se utilizó por primera vez para analizar la biodiversidad pasada y presente en suelos y aguas. Ha avanzado en las últimas décadas y, en los últimos años, los científicos descubrieron que el eDNA también puede recogerse del aire.
Algunos de los investigadores pioneros en la recolección de eDNA del aire, entre ellos la profesora Elizabeth Clare de la Universidad de York, examinaron después distintas formas de recopilar estos datos.
El nuevo estudio evalúa si el eDNA transportado por el aire podría captarse como subproducto de las operaciones habituales de monitoreo de la calidad del aire que ya existen en muchos países, y si el material genético de esas muestras podría recuperarse días o semanas después.
Algunos de estos monitores utilizan métodos de filtración similares a los que emplean los investigadores para recolectar eDNA y evaluar los niveles de contaminación del aire.
Los investigadores analizaron 17 muestras de filtros procedentes de dos estaciones de monitoreo de la calidad del aire en el Reino Unido: una en las afueras de Londres y otra en las inmediaciones de Edimburgo. Estas estaciones utilizan filtros para recoger material particulado. Posteriormente, los filtros se analizan para determinar el nivel de contaminación del aire, una técnica habitual para evaluar la calidad del aire.
Las muestras abarcaban distintos periodos de tiempo. Los datos de Londres se obtuvieron de filtros recogidos durante una hora, un día y una semana. Las muestras de Edimburgo se recogieron durante un periodo más largo y luego se almacenaron durante ocho meses antes de analizarlas.
Al examinar las muestras, los investigadores encontraron evidencias de 180 plantas, hongos, insectos, mamíferos, aves, peces, anfibios y otros organismos distribuidos en las dos ubicaciones. Los hallazgos coinciden con datos anteriores sobre los tipos de organismos que se encuentran en estas zonas.
«Importancia ecológica»
Los resultados del estudio son «un cambio radical para nuestro enfoque del monitoreo de la biodiversidad en tierra firme», escriben los autores.
El proyecto World Air Quality Index mantiene una base de datos de 15.000 estaciones de monitoreo de la calidad del aire en 2.000 grandes ciudades de 132 países. Sin embargo, según señala el estudio, la base de datos no contiene la información necesaria para determinar cuáles de estas estaciones son compatibles con los métodos utilizados para recolectar eDNA.
Este mapa muestra la ubicación de las estaciones de monitoreo de la calidad del aire que muestrean específicamente material particulado en Europa, Canadá y Estados Unidos.
Clare afirma que los monitores de contaminación del aire tienen potencial para recopilar datos sobre «todo tipo de vida diferente, al mismo tiempo». Explica a Carbon Brief:
En nuestro caso, desde hongos y plantas hasta insectos, aves y mamíferos, e incluso un tritón, aparecieron como ADN en estos filtros.
La biodiversidad suele estudiarse de forma muy específica para distintos grupos taxonómicos y a escalas relativamente pequeñas. El problema es que lo que necesitamos, desde la modelización de la pérdida de biodiversidad hasta nuestra respuesta a los acuerdos internacionales sobre la conservación de la biodiversidad, son mediciones a una escala muy, muy grande.
No disponemos en el mundo de ninguna infraestructura a gran escala diseñada realmente para la medición de la biodiversidad.
Los autores del estudio sostienen que los monitores de contaminación del aire ya recogen datos sobre biodiversidad, cuya «importancia ecológica» pasa «desapercibida».
Exageración
Dr. Matthias Obst, profesor asociado de la Universidad de Gotemburgo y miembro del laboratorio sueco de eDNA, considera que los resultados son prometedores, pero afirma que el estudio hace «una afirmación bastante sustancial» basándose en muestras de tamaño reducido. Explica a Carbon Brief:
Me gusta el estudio, es excelente. No estoy tan seguro de que me guste la forma en que se presenta. Creo que se exagera mucho.
La conclusión de que esto conduciría a un programa mundial de monitoreo de la biodiversidad —lo que ellos afirman—, no la comparto. Es exagerada.
Afirma que el estudio podría generar «expectación y una expectativa excesiva» respecto al potencial del método, lo que podría resultar difícil de cumplir.
Clare afirma que ella y los demás investigadores «esperan transmitir el entusiasmo de que se trata de un recurso totalmente nuevo; no sabemos qué contienen».
Explica a Carbon Brief que el equipo debatió si publicar el estudio ahora, con datos limitados, o esperar para analizar más muestras. Pero sintieron la necesidad de «alertar rápidamente a la gente» sobre la presencia de estos posibles datos, afirma, y añade:
En la mayoría de los países, literalmente tiran estos [filtros] todos los días, en cuanto han tomado la medición.
Una de nuestras razones para hacerlo ahora es dar a la gente un motivo convincente para dejar de hacerlo. Hasta ahora, nadie aparte de nosotros entiende el posible valor ecológico. Algunos países archivan estos filtros, pero la mayoría no, que sepamos.
Lo que intentamos hacer al presentar este pequeño estudio piloto es decir… hasta que comprendamos el valor ecológico completo [de los filtros], dejen de tirarlos, porque podrían estar desechando algo que tiene un valor que aún no han visto.
Clare añade que existen medidas que podrían adoptarse fácilmente para conservar mejor el eDNA en estas muestras, como almacenarlas en seco en lugar de húmedas, o en un congelador en lugar de a temperatura ambiente.
Ubicación, ubicación
Dra. Melanie Kolb, investigadora de la Universidad Nacional Autónoma de México, afirma que el estudio aporta más pruebas de la «gran versatilidad» del eDNA. Explica a Carbon Brief:
En este sentido, la propuesta del artículo promete ser enormemente eficiente, ya que no se requieren recursos adicionales de muestreo y monitoreo para obtener un tipo de información completamente nuevo y diferente.
Pero Kolb y otros expertos que hablaron con Carbon Brief sobre este estudio también plantearon preocupaciones sobre la ubicación de los monitores de contaminación del aire existentes.
Las zonas pobladas, que vigilan la calidad del aire para sus ciudadanos, no son «necesariamente las zonas donde la biodiversidad debe monitorearse» con más urgencia, afirma Kolb.
Así pues, aunque los resultados podrían hacer avanzar los métodos de monitoreo de la biodiversidad en ciertos aspectos, Kolb considera que podrían «no contribuir a reducir los sesgos existentes en el sur global, sino [más bien] a profundizarlos». Añade:
En determinados contextos supone un avance significativo, pero no para las zonas, regiones o países donde se alberga la mayor parte de la biodiversidad y donde la pérdida de biodiversidad es desenfrenada.
Obst señala una preocupación similar: se pregunta quién pagará los monitores que se instalen en zonas menos pobladas para estudiar la biodiversidad.
Clare señala que los monitores de calidad del aire ya existen tanto en zonas urbanas como rurales. Muchos se encuentran en parques nacionales, afirma, y en «lugares que considerarías bastante valiosos desde el punto de vista biológico». Añade:
Por lo que podemos saber a partir de los datos públicos, no están todos agrupados en zonas urbanas. De hecho, están distribuidos de forma interesante, de maneras que los hacen potencialmente muy valiosos desde el punto de vista ecológico.
Algunos pueden resultar más o menos fáciles de acceder al material, pero todos muestrean tamaños de partícula muy definidos. Mientras muestreen dentro de ese rango de tamaño, es casi seguro que están captando [eDNA]. Lo único que hay que resolver es cómo acceder realmente al material que contienen.
Añade que el equipo de investigación consultó a expertos de países megadiversos del sur global sobre las posibilidades de los resultados antes de publicar el estudio.
Posibilidades futuras
Duffy afirma que el estudio «innovador» «abre toda una gama de posibilidades» para recopilar eDNA a través del aire. Explica a Carbon Brief:
No se necesita un especialista en cada grupo de animales o plantas para comprender qué especies están presentes y cómo cambian con el tiempo… Al evaluar el ADN de esas especies, se puede identificar lo que hay con un único ensayo.
Duffy participó en un reciente estudio que analiza los beneficios y las preocupaciones éticas que conlleva la recopilación de información genética humana junto con el ADN ambiental. Afirma:
Esto está directamente relacionado con este estudio, ya que es posible que estos monitores capten ADN humano como captura incidental.
Dra. Deborah Dawson, responsable de una instalación de investigación en genética de la Universidad de Sheffield, afirma que los resultados son «emocionantes» y demuestran un método de recolección de eDNA con «un enorme potencial». Explica a Carbon Brief:
El reconocimiento y la demostración de que los monitores de contaminación del aire pueden utilizarse para estudiar la biodiversidad es un hallazgo sumamente importante y oportuno.
Dawson destaca la importancia de partir de estos resultados para «establecer protocolos estándar que permitan registrar y comparar de forma regular y sistemática la biodiversidad en distintas regiones de nuestro planeta, y vigilar los cambios previstos en el Reino Unido y en todo el mundo debido al cambio climático».
Según el estudio y los expertos que hablaron con Carbon Brief sobre sus resultados, aún quedan preguntas sobre hasta qué distancia puede desplazarse exactamente el eDNA por el aire antes de ser captado por los monitores de contaminación del aire. Este alcance depende del tamaño de las partículas y de los filtros.
El estudio también señala que se necesitan más investigaciones sobre cómo se degrada el eDNA con el tiempo en los filtros antes de ser recogidos y almacenados adecuadamente.
Clare añade que este método de monitoreo del eDNA podría abrir una «nueva escala completa de lo que podemos medir» en torno a la biodiversidad.
Esto podría ir desde el seguimiento de poblaciones que migran debido al cambio climático, hasta la llegada de nuevas especies y la detección de especies raras que podrían pasar desapercibidas en una única medición. Explica a Carbon Brief:
Se trata de un recurso con un potencial increíble para comprender no solo la presencia y ausencia de especies, sino también el desplazamiento de las poblaciones.
