Sint-jakobsschelpen zijn een van de meest winstgevende visserijen in Maine, met een waarde over de gehele staat van bijna $ 7 miljoen in 2016. De visserij op sint-jakobsschelpen is ook een van de meest lokale, met kleine "dagboten" die dicht bij de kust blijven.

Aanlandingen (en populaties) fluctueerden door de jaren heen, met de laatste pieken in het midden van de jaren tachtig en negentig. Na een sterke daling in het begin van de jaren 2000, de staat heeft adaptief beheer ingesteld, het sluiten van sommige gebieden en het nauwlettend volgen van andere. De aanpak lijkt succesvol, aangezien de landingen aanzienlijk zijn toegenomen, hoewel de exacte redenen onduidelijk zijn en er veel vragen onbeantwoord blijven. Beschermt het sluiten van een sint-jakobsschelp het paaien? Hoe lang duurt het herstel van de bevolking? Als een sint-jakobsschelp groot is, betekent dat dat het gezond is? Zijn alle sint-jakobsschelpen even productief?

Skylar Bayer, die dit voorjaar afstudeerde aan de Universiteit van Maine met een Ph.D. in mariene biologie, bestudeert al zes jaar sint-jakobsschelpen in het laboratorium van Richard Wahle in het Darling Marine Center. Haar onderzoek richt zich op vragen over de voortplanting van schelpdieren. Sint-jakobsschelpen zijn uitgezonden spawners, hun eieren en sperma afzonderlijk in het water vrijgeven. Bevruchting gebeurt door willekeurige ontmoetingen.

Bayer heeft geleerd wat ze weet over het uitzetten van sint-jakobsschelpen uit zowel laboratorium- als veldexperimenten, het manipuleren van de temperatuur om paaien op te wekken, en het wegen van voortplantingsorganen van sint-jakobsschelpen (het onderwerp van haar beruchte Colbert Report-optreden). Zelfs onder een microscoop, echter, het is moeilijk om de eieren te onderscheiden, sperma, embryo's en larven van sint-jakobsschelpen van die van andere tweekleppigen. Dus, hoe kunnen wetenschappers begrijpen wat er in de open oceaan gebeurt?

Deze vragen, gecombineerd met de beschikbaarheid en betaalbaarheid van nieuwe analytische methoden en de aanmoediging van Wahle, leidde Bayer naar de groeiende wereld van kwantitatieve DNA-detectie en naar de onverwachte samenwerking met Peter Countway, een microbiële ecoloog en senior onderzoeker bij Bigelow Laboratory for Ocean Sciences in het nabijgelegen East Boothbay. Countway bestudeert de diversiteit en structuur van microalgen, protozoa en bacteriën - alle microscopisch kleine organismen. Samenwerken met Bayer aan sint-jakobsschelpen was een kans om grotere dieren in het plankton (metazoën) te bekijken, zoals sint-jakobsschelpen, sperma en larven.

"Ik gooi meestal de DNA-sequenties weg uit de grotere dingen, de metazoën en macrofauna, maar er kan echt belangrijke informatie zijn, "Hij zei. "In staat zijn om het microbiële stadium van een metazoan te detecteren, geeft ons plotseling een venster op dit rijk van paaien en vestiging dat voorheen een zwarte doos was."

Met financiële steun van Maine Sea Grant, de wetenschappers begonnen een project om paaien te detecteren zonder te hoeven verzamelen, label, spoor, de neiging hebben, sint-jakobsschelpen ontleden of oogsten, zoals vereist zou zijn bij traditionele benaderingen. "We doen geen destructieve bemonstering, dissecties die het dier doden, en als de milieusteekproef werkt, we hoeven geen dieren te verzamelen en naar het lab te brengen, ", zei Bayer. Hun eerste taak was om een ​​geselecteerde regio van sint-jakobsschelp-DNA te sequensen, iets wat nog niet eerder was gedaan. Toen ontwikkelden ze een techniek, met behulp van een methode die bekend staat als kwantitatieve polymerasekettingreactie, die drie stukjes DNA gebruikt die samenwerken om sint-jakobsschelp-DNA te lokaliseren en te versterken tegen de achtergrond van miljoenen andere soorten DNA in de omgeving.

Bayer en Countway moesten vervolgens bepalen of ze sint-jakobsschelp-DNA konden detecteren in een typisch zeewatermonster. De natuurlijke overvloed aan sint-jakobsschelpen in de oceaan is misschien te klein voor zelfs het meest geavanceerde instrument om te detecteren. Het voordeel van hun nieuw ontworpen test is het vermogen om de hoeveelheid sint-jakobsschelp-DNA in een monster met verschillende ordes van grootte te vergroten, detectie mogelijk maken via meting van fluorescentie. Ze gebruikten de methode met succes om paaiende sint-jakobsschelpen te detecteren in het Darling Marine Center-laboratorium. Ze kregen extra Sea Grant-fondsen om het in een echte wereld te proberen.

In augustus, Bayer en Countway hingen netten gevuld met volwassen sint-jakobsschelpen aan het dok bij Bigelow Laboratory, en bracht de volgende twee maanden door met het verzamelen van watermonsters uit het gebied rond de sint-jakobsschelpen, om achtergrondniveaus van sint-jakobsschelpcellen te bepalen en te proberen een toename van sint-jakobsschelpgenen te detecteren die samenvalt met een natuurlijke paaigebeurtenis.

Paaigebeurtenissen in de kust van Maine vinden vaak plaats nadat de watertemperatuur aan het einde van de zomer piekt, in augustus of september. Spawning-evenementen kunnen snel gebeuren en minder dan een uur duren, dus Bayer heeft veel monsters moeten verzamelen, en ontleden ook enkele van de sint-jakobsschelpen om de paaiactiviteit te bevestigen en te vergelijken met hun watermonsters.

De komende twee maanden zal Bayer en Countway zullen DNA uit hun monsters halen om te bepalen of ze paaigebeurtenissen hebben vastgelegd.

"Proberen om spawning-gebeurtenissen in het veld in realtime vast te leggen, is riskant en vereist veel tijd en moeite, maar de beloning is het waard. Als we met deze methode spawning-gebeurtenissen kunnen detecteren, we zouden een hele nieuwe deur kunnen openen naar het begrijpen van reproductie en populatiedynamiek bij zeedieren, ' zei Bayer.

Er is een groeiende belangstelling voor milieu-DNA of "e-DNA"-technieken voor het beoordelen van biodiversiteit, het detecteren van de aanwezigheid van invasieve of giftige soorten, of het bestuderen van migratiepatronen. De handtekeningen van het leven zijn overal, onthullen waar dieren zijn geweest en, in het geval van paaiende sint-jakobsschelpen, wat ze hebben gedaan. Wetenschappers hoeven een soort niet langer daadwerkelijk te zien of te vangen om te weten dat hij er is.

De belofte van e-DNA is de focus van een voorlopig voorstel onder leiding van David Emerson van Bigelow Laboratory, die werd geselecteerd om te worden ontwikkeld tot een volledig Track 1-voorstel voor het National Science Foundation EPSCoR-programma in 2018. UMaine zal het komende jaar nauw samenwerken met Bigelow en andere mariene onderzoeksorganisaties in de staat.