POS532: Tracing elusive deep-sea squid using environmental DNA

A fragile jellyfish drifting in deep water. Eine in der tiefen Wassersäule driftende Qualle. Foto JAGO-Team / GEOMAR A fragile jellyfish drifting in deep water. Eine in der tiefen Wassersäule driftende Qualle. Foto JAGO-Team / GEOMAR

[deutsche Version unten]

by Stella Scheer and Veronique Merten

The PhD students Stella Scheer and Veronique Merten of the Deep-Sea Biology Working Group at GEOMAR are reporting here about a method to trace marine animals without observing the animals

During our cruise we sampled five different locations for environmental DNA (eDNA), including in- and offshore stations as well as two eddies. eDNA can be defined as genetic material that is obtained directly from the environment, e.g. seawater, without the necessity of isolating the target organism itself. Organisms release DNA into the environment in various ways, for example through faeces or shedding skin cells, leaving behind a trace of the organism. This trace reflects the current or past presence of a species in the area and allows us to examine biodiversity as well as distribution patterns.

Pelagic squid (cephalopod). Filtered seawater can contain its DNA which is used to prove its presence and distribution within the water column without sighting the animal. Squids shed ink and skin cells that contain DNA. Kleiner pelagischer Kalmar (Tintenfisch), dessen Vorkommen und Verbreitung sich ohne Sichtung nur mit seiner aus dem Meerwasser gefilterter DNA (eDNA) nachweisen läßt. Er stößt Tinte und Hautzellen ins Meerwasser ab, beides enthält seine DNA. Foto JAGO-Team / GEOMAR

The aim of the Deep-Sea Biology Working Group of GEOMAR for POS532 and last year’s cruise POS520 is to assess the species diversity and distribution of deep-sea squid in Cape Verdean waters. Our specific interest in squids is based on their importance for oceanic food webs as well as the fact that they are difficult to sample with nets. These samples are also meant to expand the spatial and temporal coverage of already existing data which was collected one year ago. Seawater was collected via CTD and was then filtered to concentrate the DNA. We focused mainly on sampling the bathypelagic zone with depths from 1000 m up to 2500 m, one station even going down to 3000 m. At the inshore stations we additionally sampled mesopelagic depths from 100 to 900 m and at the eddy stations we sampled inside the eddy at 200 and 400 m as well as underneath it with 600 and 1000 m. We were able to collect 165 samples in total and these will now be taken back to GEOMAR for further analyses and provide exciting new insights on deep-sea squid.

The filtering set up that we used during POS532. eDNA in the water from the Niskin bottle is concentrated in the filter in between the hoses. Das verwendete Filtersystem auf der POS532. Das Wasser aus den Niskin Flaschen wird gefiltert um es auf eDNA zu überprüfen.

[deutsch]

Aufspüren von Tiefseekalamaren mit Hilfe von eDNA

Die Doktoranden Stella Scheer und Veronique Merten von der Arbeitsgruppe Tiefseebiologie des GEOMAR berichten hier über eine Methode, Meerestiere ohne Beobachtung der Tiere zu verfolgen.

Während unserer Ausfahrt haben wir die environmental DNA (eDNA) an fünf verschiedene Standorten untersucht, darunter In- und Offshore-Stationen sowie zwei ozeanische Wirbel. eDNA kann als genetisches Material definiert werden, das direkt aus der Umwelt gewonnen wird, z.B. Meerwasser, ohne den Zielorganismus selbst isolieren zu müssen. Organismen geben die DNA auf verschiedene Weise an die Umwelt ab, z.B. durch Fäkalien oder abgelösten Hautzellen, wodurch immer eine Spur des Organismus im Wasser zurückbliebt. Diese Spur spiegelt das gegenwärtige oder vergangene Vorkommen einer Art in der Region wider und ermöglicht es uns, die Biodiversität sowie die Verteilungsmuster zu untersuchen ohne die Organismen selbst dafür zu benötigen.

Ziel der Tiefseebiologie-Arbeitsgruppe des GEOMAR während der Ausfahrt POS532 ist es, wie schon während der Ausfahrt POS520 im Frühjar 2018, die Artenvielfalt und Verbreitung von Tiefsee-Tintenfischen in kapverdischen Gewässern zu untersuchen. Unser besonderes Interesse an Tintenfischen beruht auf ihrer Bedeutung für ozeanische Nahrungsnetze sowie auf der Tatsache, dass Probenentnahmen mit Netzen sehr schwierig durchzuführen sind. Die gesammelten Proben sollen auch die räumliche und zeitliche Abdeckung bereits vorhandener Daten, die im Vorjahr erhoben wurden, erweitern. Seewasser wurde über ein CTD-System gesammelt und anschließend gefiltert, um die DNA zu extrahieren.

Wir konzentrierten uns hauptsächlich auf die Probenahme in der bathypelagischen Zone mit Tiefen von 1000 m bis 2500 m. Eine Station erreichte sogar Tiefen von 3000m. An den Küstenstationen nahmen wir zusätzlich Proben in mesopelagische Tiefen von 100 bis 900 m und an den Wirbelstationen im Inneren des Wirbels auf 200 und 400 m, sowie darunter auf 600 und 1000 m. Insgesamt konnten wir 165 Proben sammeln, die nun für weitere Analysen zum GEOMAR zurückgebracht werden und spannende neue Erkenntnisse über Tiefseetintenfische liefern.

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