Le capesante sono una delle attività di pesca più redditizie del Maine, con un valore in tutto lo stato di quasi $ 7 milioni nel 2016. La pesca delle capesante è anche una delle più locali, con piccole "barche giornaliere" che stanno vicino alla riva.

Gli sbarchi (e le popolazioni) hanno oscillato nel corso degli anni, con gli ultimi picchi a metà degli anni '80 e '90. Dopo un forte calo nei primi anni 2000, lo stato ha istituito la gestione adattativa, chiudendo alcune aree e monitorando da vicino altre. L'approccio sembra avere successo, poiché gli sbarchi sono aumentati in modo significativo, anche se le ragioni esatte non sono chiare e ci sono molte domande rimaste senza risposta. Chiudere un letto di capesante protegge la deposizione delle uova? Quanto tempo richiede il recupero della popolazione? Se un letto di capesante è grande, significa che è sano? Tutti i letti di capesante sono ugualmente produttivi?

Skylar Bayer, che si è laureato questa primavera presso l'Università del Maine con un dottorato di ricerca. in biologia marina, studia le capesante da sei anni nel laboratorio di Richard Wahle al Darling Marine Center. La sua ricerca affronta domande sulla riproduzione delle capesante. Le capesante sono generatori di trasmissioni, rilasciando le loro uova e lo sperma separatamente nell'acqua. La fecondazione avviene per incontri casuali.

Bayer ha appreso ciò che sa sugli eventi di deposizione delle capesante sia da esperimenti di laboratorio che sul campo, manipolare la temperatura per indurre la deposizione delle uova, e pesare gli organi riproduttivi dalle capesante (il soggetto della sua famigerata apparizione al Colbert Report). Anche al microscopio, però, è difficile distinguere le uova, sperma, embrioni e larve di capesante da quelli di altri bivalvi. Così, come possono gli scienziati capire come succede in mare aperto?

Queste domande, combinato con la disponibilità e l'accessibilità di nuovi metodi analitici e l'incoraggiamento di Wahle, ha portato Bayer nel mondo in espansione della rilevazione quantitativa del DNA e all'inaspettata collaborazione con Peter Countway, un ecologo microbico e ricercatore senior presso il Bigelow Laboratory for Ocean Sciences nella vicina East Boothbay. Countway studia la diversità e la struttura delle microalghe, protozoi e batteri, tutti organismi microscopici. La collaborazione con Bayer sulle capesante è stata un'opportunità per osservare animali più grandi nel plancton (metazoi), come uova di capesante, sperma e larve.

"Di solito butto fuori le sequenze di DNA dalle cose più grandi, i metazoi e la macrofauna, ma potrebbero esserci informazioni davvero importanti lì, " ha detto. "Essere in grado di rilevare lo stadio microbico di un metazoo ci dà improvvisamente una finestra su questo regno di deposizione delle uova e insediamento che in precedenza era una scatola nera".

Con il sostegno finanziario del Maine Sea Grant, gli scienziati hanno iniziato un progetto per rilevare la deposizione delle uova senza dover raccogliere, etichetta, traccia, tendere, sezionare o raccogliere capesante, come sarebbe richiesto dagli approcci tradizionali. "Non stiamo facendo campionamenti distruttivi, dissezioni che uccidono l'animale, e se il campionamento ambientale funziona, non dovremo raccogliere animali e portarli in laboratorio, " ha detto Bayer. Il loro primo compito è stato quello di sequenziare una regione selezionata di DNA di capesante, qualcosa che non era stato fatto prima. Poi hanno sviluppato una tecnica, utilizzando un metodo noto come reazione a catena della polimerasi quantitativa, che utilizza tre pezzi di DNA che lavorano insieme per localizzare e amplificare il DNA di capesante sullo sfondo di milioni di altri tipi di DNA nell'ambiente.

Bayer e Countway hanno poi dovuto determinare se potevano o meno rilevare il DNA di capesante in un tipico campione di acqua di mare. L'abbondanza naturale di cellule di capesante nell'oceano potrebbe essere troppo piccola per essere rilevata anche dallo strumento più sofisticato. Il vantaggio del loro test di nuova concezione è la sua capacità di amplificare la quantità di DNA di capesante in un campione di diversi ordini di grandezza, consentendo il rilevamento tramite la misurazione della fluorescenza. Hanno usato con successo il metodo per rilevare le capesante che si riproducono nel laboratorio del Darling Marine Center. Sono stati assegnati ulteriori fondi Sea Grant per provarlo in un ambiente reale.

In agosto, Bayer e Countway hanno appeso reti piene di capesante adulte al largo del molo del Laboratorio Bigelow, e trascorse i due mesi successivi a raccogliere campioni d'acqua dall'area intorno alle capesante, per determinare i livelli di fondo delle cellule di capesante e cercare di rilevare un aumento dei geni di capesante in coincidenza con un evento naturale di deposizione delle uova.

Gli eventi di deposizione delle uova nel Maine costiero si verificano spesso dopo il picco della temperatura dell'acqua alla fine dell'estate, ad agosto o settembre. Gli eventi di spawn possono verificarsi rapidamente e durare meno di un'ora, così Bayer ha dovuto raccogliere molti campioni, e anche sezionare alcune delle capesante per confermare l'attività di deposizione delle uova e confrontarla con i loro campioni d'acqua.

Nei prossimi due mesi, Bayer e Countway estrarranno il DNA dai loro campioni per determinare se hanno catturato eventuali eventi di deposizione delle uova.

"Cercare di catturare gli eventi di spawn sul campo in tempo reale è rischioso e richiede molto tempo e fatica, ma ne vale la pena. Se siamo in grado di rilevare gli eventi di spawn con questo metodo, potremmo aprire una porta completamente nuova nella comprensione della riproduzione e delle dinamiche di popolazione negli animali marini, " ha detto Bayer.

Vi è un crescente interesse per il DNA ambientale o le tecniche "e-DNA" per la valutazione della biodiversità, rilevare la presenza di specie invasive o tossiche, o studiare i modelli migratori. Le firme della vita sono ovunque, rivelando dove sono stati gli animali e, nel caso di capesante riproduttive, cosa hanno fatto. Gli scienziati non hanno più bisogno di vedere o catturare una specie per sapere che esiste.

La promessa dell'e-DNA è al centro di una proposta preliminare guidata da David Emerson del Bigelow Laboratory, che è stato selezionato per essere sviluppato in una proposta Track 1 completa al programma EPSCoR della National Science Foundation nel 2018. UMaine lavorerà a stretto contatto con Bigelow e altre organizzazioni di ricerca marina nello stato nel prossimo anno in questo sforzo.