Kartlegging og overvåking av biologisk mangfold med ny teknologi: miljø-DNA og kamerafeller

Abstract

Olsen, S.L., Bartlett, J., Davey, M., Fossøy, F., Linnell, J.D.C., Nordén, J., Odden, J., Sandercock, B.K. & Thorsen, N.H. 2021. Kartlegging og overvåking av biologisk mangfold med ny teknologi: miljø-DNA og kamerafeller. NINA Rapport 1962. Norsk institutt for naturforskning. Norge har forpliktet seg til å stanse tap av biologisk mangfold. Å ivareta det biologiske mangfoldet krever imidlertid kunnskap om hvor artene befinner seg. For mange arter har vi god kunnskap om utbredelse og bestandsstørrelse, mens for andre arter er dette dårlig kjent. Det gjelder blant annet arter som lever skjult i jord og død ved, og mobile arter med lav tetthet. De siste tiårene har ny teknologi som bruk av miljø-DNA og kamerafeller, åpnet for påvisning av «skjult» biologisk mangfold, samt kostnadseffektiv kartlegging av andre artsgrupper. For å kunne utnytte ny teknologi i kartlegging og overvåking av biologisk mangfold, er det imidlertid nødvendig å identifisere de beste og mest kostnadseffektive metodene. Vi har derfor testet ut ulike metoder for bruk av ny teknologi i kartlegging av terrestrisk biologisk mangfold i Norge. Dette omfatter registrering av artsmangfold i jord og død ved hjelp av miljø-DNA og artsmangfold og fenologi hos pattedyr ved hjelp av kamerafeller. Våre resultater viser at analyser av miljø-DNA fra relativt enkle jord- og vedprøver kan være et nyttig verktøy for kartlegging og overvåking av biologisk mangfold. Vi bekrefter egnetheten til genetiske markører for planter, sopp og leddormer i jord, samt sopp i død ved. For disse artsgruppene fant vi at metoden fanger opp viktige forskjeller i artssamfunnet mellom natur- og substrattyper uavhengig av prøvetakings- og ekstraksjonsmetode. Sannsynligheten for deteksjon av arter var også relativt lik for ulike metoder. Vi kan derfor anbefale bruk av de enkleste og mest kostnadseffektive metodene. Resultatene for planter var sammenlignbare med tradisjonell kartlegging i regi av ANO. Foreløpige tester av markører for spretthaler, rundormer, edderkoppdyr, insekter og vertebrater resulterte i relativt få arter. Våre funn viser at dersom formålet er å overvåke artsrikdom eller artssammensetning på generelt nivå, er miljø-DNA en egnet metode. Dersom målet isteden er å registrere alle arter, og særlig rødlistearter, er trolig en kombinasjon av tradisjonell kartlegging og bruk av miljø-DNA det beste. Vårt arbeid med bruk av kamerafeller til kartlegging og overvåking av store og mellomstore pattedyr viser at dette kan benyttes til overvåking av antall og tetthet av dyr, utbredelse av både stedegne og fremmede arter, sammensetning av pattedyrsamfunn, noen sykdommer og fenologi, for eksempel vintersøvn hos grevling, pelsskifte hos hare og gevirsyklus hos rådyr. Bildedata fra kamerafeller har med andre ord en rekke bruksområder, også utover registrering av forekomst. Bruk av miljø-DNA fanget ikke opp pattedyrarter som ble påvist ved hjelp av kamerafeller. Denne rapporten bidrar med kunnskap om hvordan ny teknologi kan inngå i overvåkingen av biologisk mangfold i norsk natur. Videre arbeid med bruk av miljø-DNA bør omfatte valg av riktig sekvensdybde, videre uttesting av genetiske markører og alternative metoder for innsamling av miljø-DNA. Videre arbeid med kamerafeller bør omfatte utvikling av ulike bestandsindekser og uttesting av modifiserte kamerafeller til overvåking av smågnagere. En kombinasjon av en rekke metoder, både nye og tradisjonelle, vil være nødvendig for en helhetlig overvåking av biologisk mangfold av ulike artsgrupper. Et utvidet sammendrag er tilgjengelig i Vedlegg 10.

Olsen, S.L., Bartlett, J., Davey, M., Fossøy, F., Linnell, J.D.C., Nordén, J., Odden, J., Sandercock, B.K. & Thorsen, N.H. 2021. Surveying and monitoring biodiversity using new technology: eDNA and camera trapping. NINA Report 1962. Norwegian Institute for Nature Research. Norway has committed to halting the loss of biodiversity. However, preserving biodiversity requires knowledge about species distributions. For some species we have good knowledge of distribution and population size, but the vast majority of species are poorly known. For instance, this is the case for species found in soil and dead wood, and mobile species with low population densities. New technologies have emerged recently, such as the use of environmental DNA (eDNA) and camera traps, which provide many opportunities for the detection of “hidden” biodiversity as well as cost-effective mapping of other species groups. To be able to exploit new technology in mapping and monitoring of biodiversity, it is necessary to identify the best and most cost-effective methods. We have therefore tested different technologies for surveying terrestrial biodiversity in Norway. This includes surveying biodiversity in soil and dead wood using eDNA, and diversity and phenology of mammals using camera traps. We show that analyses of eDNA in relatively simple soil and wood samples is a potentially useful tool for mapping and monitoring of biodiversity. We confirm the utility of genetic markers for plants, fungi and annelids in soil as well as fungi in dead wood. For these species groups we found that the method is robust and can detect important differences in community structure between habitat and substrate types independent of sampling and DNA extraction methods. The probability of detecting species was also consistent across methodologies. We can therefore recommend using the simplest and most cost-effective methods. The results for plants were comparable to those of traditional ANO surveys. Preliminary testing of markers for collembola, nematodes, arachnids, insects and vertebrates resulted in relatively few species. Our findings suggest that if the goal is to monitor species richness or composition in general, eDNA can be suitable. However, if the aim is to detect all species, especially red-listed species, a combination of traditional methods and eDNA is probably the best. Our studies with camera traps shows that the method is suitable for mapping and monitoring the presence and relative densities of medium to large mammals, the distribution of both native and alien species, community structure as well as the presence of certain diseases and the timing of life history events (phenology) like winter dormancy of badgers, winter coats in mountain hare and antler cycles in roe deer. This demonstrates that the remotely collected images obtained from camera traps can provide insights into many ecosystem parameters beyond presence. Analyses of eDNA did not capture the mammal species recorded using camera traps. This report provides new insights into the way that new technologies can contribute to monitoring the biodiversity associated with Norwegian nature. Further work with eDNA should focus on ex-ploring how field sampling methods, choice of sequence depth and marker selection can be optimized. For camera traps, future work should explore how different deployments of cameras influence the stability of abundance indices, and how modified cameras can be used to monitor small mammals. The results clearly show that a combination of many different methods will be needed to effectively monitor biodiversity. An extended abstract is available in Appendix 11.