ADN ambiental

El ADN ambiental o eDNA es el ADN que se recolecta de diversas muestras ambientales, como suelo , sedimentos , agua dulce, agua de mar , nieve o aire , en lugar de ser muestreado directamente de un organismo individual . A medida que los organismos interactúan con el medio ambiente, el ADN se libera y se acumula en su entorno a partir de diversas fuentes. ^{[ 2 ]} Este eDNA puede secuenciarse mediante ómicas ambientales para revelar información sobre las especies presentes en un ecosistema, incluso aquellas microscópicas que de otro modo no serían evidentes ni detectables. Este enfoque permite realizar inventarios de biodiversidad estandarizados, a gran escala y de bajo costo, sin afectar negativamente a los ecosistemas.

En los últimos años, el ADN ambiental se ha utilizado como herramienta para detectar especies silvestres en peligro de extinción que de otro modo serían invisibles. En 2020, investigadores de la salud humana comenzaron a reutilizar técnicas de ADN ambiental para rastrear la pandemia de COVID-19. ^{[ 3 ]}

Ejemplos de fuentes de ADN ambiental incluyen, pero no se limitan a, heces , moco , gametos , piel desprendida , cadáveres y pelo . ^{[ 2 ] [ 4 ]} Las muestras pueden analizarse mediante métodos de secuenciación de ADN de alto rendimiento , conocidos como metagenómica , metabarcoding y detección de especies individuales, para el monitoreo y la medición rápidos de la biodiversidad . Para diferenciar mejor entre organismos dentro de una muestra, se utiliza el metabarcoding de ADN, en el cual la muestra se analiza y utiliza bibliotecas de ADN previamente estudiadas, como BLAST , para determinar qué organismos están presentes. ^{[ 5 ]}

El metabarcoding de ADN ambiental es un método novedoso para evaluar la biodiversidad . Se toman muestras del medio ambiente (agua, sedimento o aire), se extrae el ADN, se amplifica mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR) con cebadores generales o universales y se secuencia mediante secuenciación de nueva generación para generar miles o millones de lecturas. A partir de estos datos, se puede determinar la presencia de especies y evaluar la biodiversidad general. Se trata de un método interdisciplinario que combina la ecología de campo tradicional con métodos moleculares avanzados y herramientas computacionales de vanguardia. ^{[ 6 ]}

El análisis de ADN ambiental tiene un gran potencial, no solo para monitorear especies comunes, sino también para detectar e identificar genéticamente otras especies existentes que podrían influir en los esfuerzos de conservación. ^{[ 7 ]} Este método permite el biomonitoreo sin necesidad de recolectar el organismo vivo, lo que crea la capacidad de estudiar organismos invasores, esquivos o en peligro de extinción sin introducir estrés antropogénico en el organismo (depende de la robustez de los métodos utilizados, ver más adelante). El acceso a esta información genética hace una contribución crítica a la comprensión del tamaño de la población, la distribución de especies y la dinámica poblacional para especies poco documentadas. Es importante destacar que el ADN ambiental suele ser más rentable en comparación con los métodos de muestreo tradicionales. ^{[ 8 ]} La integridad de las muestras de ADN ambiental depende de su preservación dentro del medio ambiente.

El suelo, el permafrost , el agua dulce y el agua de mar son macroambientes bien estudiados de los que se han extraído muestras de ADN ambiental, cada uno de los cuales incluye muchos más subambientes condicionados . ^{[ 9 ]} Debido a su versatilidad, el ADN ambiental se aplica en muchos subambientes , como el muestreo de agua dulce, el muestreo de agua de mar, el muestreo de suelo terrestre (permafrost de la tundra), el muestreo de suelo acuático (sedimentos de río, lago, estanque y océano), ^{[ 10 ]} u otros entornos donde los procedimientos de muestreo normales pueden resultar problemáticos. ^{[ 9 ]}

El 7 de diciembre de 2022, un estudio publicado en Nature informó sobre la recuperación de ADN ambiental de dos millones de años de antigüedad en sedimentos de Groenlandia, que actualmente se considera el ADN más antiguo secuenciado hasta la fecha. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El ADN ambiental (ADNe) se aplica utilizando una amplia gama de protocolos de muestreo y análisis, y la fiabilidad de los resultados depende en gran medida de la robustez de los métodos empleados. En ambientes acuáticos (de agua dulce y marinos), la estrategia de muestreo es un factor determinante para el éxito de la detección. Mayores volúmenes de agua filtrada generalmente producen mayores cantidades de ADN, lo que aumenta la probabilidad de detectar organismos presentes en un sitio. Dado que el ADNe suele ser espacialmente heterogéneo y estar distribuido localmente, filtrar mayores volúmenes de agua a lo largo de transectos integrados proporciona una imagen más representativa y precisa de la biodiversidad. ^{[ 13 ]}

Los procedimientos de laboratorio también desempeñan un papel fundamental, en particular el número de réplicas de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La replicación de la PCR se refiere a la amplificación repetida del mismo extracto de ADN en reacciones independientes. Aumentar el número de réplicas mejora la probabilidad de detección, ya que la PCR está sujeta a variación estocástica y el ADN de una especie determinada puede no amplificarse en algunas reacciones, pero sí en otras. Por ejemplo, utilizar 12 réplicas de PCR implica amplificar el ADN de la muestra en 12 submuestras independientes, lo que reduce el riesgo de falsos negativos.

La profundidad de secuenciación es otro factor importante que influye en la capacidad de detección. Se refiere al número total de secuencias de ADN (lecturas) generadas y analizadas a partir de una muestra. Una mayor profundidad de secuenciación aumenta la probabilidad de detectar fragmentos de ADN raros o de baja abundancia. Secuenciar cientos de miles de lecturas en sistemas de agua dulce (hasta 500 mil) o hasta alrededor de un millón de lecturas en sistemas marinos puede mejorar sustancialmente la detección en comparación con protocolos de menor profundidad, particularmente para especies presentes en bajas concentraciones. ^{[ 14 ]}

Cuando se aplican estrategias sólidas de muestreo, replicación y secuenciación, los métodos basados ​​en ADN ambiental son especialmente eficaces para detectar especies raras, difíciles de encontrar o crípticas, incluidos taxones protegidos, amenazados e invasores.

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  Monitoreo global de ecosistemas y biodiversidad con metabarcoding de ADN ambiental ^{[ 6 ]}

El ADN ambiental o eDNA describe el material genético presente en muestras ambientales como sedimentos, agua y aire, incluyendo células completas, ADN extracelular y potencialmente organismos completos. ^{[ 15 ] [ 16 ]} El análisis de eDNA comienza con la recolección de una muestra ambiental de interés. El ADN de la muestra se extrae y purifica . El ADN purificado se amplifica para un gen específico, de modo que pueda secuenciarse y clasificarse según su secuencia. ^{[ 17 ]} A partir de esta información, es posible la detección y clasificación de especies. ^{[ 6 ]}

El ADN ambiental puede provenir de la piel, el moco, la saliva, el esperma, las secreciones, los huevos, las heces, la orina, la sangre, las raíces, las hojas, los frutos, el polen y los cuerpos en descomposición de organismos más grandes, mientras que los microorganismos pueden obtenerse en su totalidad. ^{[ 18 ] [ 7 ] [ 16 ]} La producción de ADN ambiental depende de la biomasa, la edad y la actividad alimentaria del organismo, así como de la fisiología, el ciclo de vida y el uso del espacio. ^{[ 2 ] [ 19 ] [ 16 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 6 ]}

El ADN ambiental puede complementar, pero no reemplazar, los métodos convencionales al dirigirse y muestrear una diversidad diferente, y potencialmente aumentar la resolución taxonómica . ^{[ 22 ] [ 23 ]} Además, el ADN ambiental es capaz de detectar especies raras , ^{[ 24 ] [ 19 ]} pero no de determinar información sobre la calidad de la población, como las proporciones sexuales y las condiciones corporales, por lo que es ideal para complementar los estudios tradicionales. ^{[ 20 ] [ 22 ]} No obstante, tiene aplicaciones útiles en la detección de las primeras apariciones de especies invasoras, la presencia continua de especies nativas que se creían extintas o amenazadas, y otras especies esquivas que se presentan en bajas densidades y que serían difíciles de detectar por medios tradicionales. ^{[ 6 ]}

Es importante señalar que la cuantificación absoluta de la abundancia de especies solo es factible bajo condiciones muy específicas. En la práctica, esto se limita en gran medida a ríos vadeables, donde se puede cumplir un conjunto reducido de parámetros ambientales controlados y donde se pueden aplicar métodos de referencia como la pesca eléctrica. Fuera de estos contextos limitados, tanto las técnicas convencionales de muestreo ecológico como los enfoques de ADN ambiental (ADNe) generalmente solo proporcionan información semicuantitativa. En marcos semicuantitativos, los métodos de ADNe suelen tener un mejor desempeño que las técnicas de monitoreo tradicionales. Proporcionan información ecológica confiable, como la presencia-ausencia de especies, patrones de abundancia relativa y tendencias espaciales y temporales. Estos tipos de datos se utilizan ampliamente en la evaluación de la biodiversidad y el monitoreo a largo plazo. Los enfoques de ADNe también ofrecen varias ventajas prácticas sobre muchos métodos convencionales. Estas incluyen una mayor detectabilidad, particularmente para especies raras, crípticas o de baja densidad; una mejor estandarización entre sitios, estaciones y operadores; menores costos operativos generales; y un muestreo no invasivo que evita la perturbación o mortalidad de los organismos objetivo.

La degradación del ADN ambiental limita el alcance de los estudios de ADN ambiental, ya que a menudo solo quedan pequeños segmentos de material genético, particularmente en regiones cálidas y tropicales. ^{[ 25 ]} Además, la variabilidad en el tiempo de degradación según las condiciones ambientales y el potencial del ADN para desplazarse a través de medios como el agua pueden afectar la inferencia de tendencias espaciotemporales a pequeña escala de especies y comunidades. ^{[ 19 ] [ 26 ] [ 18 ] [ 27 ] [ 20 ] [ 22 ] [ 21 ]}

Los estudios muestran que, tanto en aguas dulces como en océanos, los rastros de ADN duran solo unos días, a veces hasta una semana. Por eso, el ADN ambiental es como una instantánea: registra qué especies estaban presentes en ese lugar y en ese momento exacto. ^{[ 13 ]}

A pesar de estos inconvenientes, el ADN ambiental aún tiene el potencial de determinar la abundancia relativa o jerarquizada, ya que algunos estudios han encontrado que se corresponde con la biomasa, aunque la variación inherente en las muestras ambientales hace que sea difícil de cuantificar. ^{[ 7 ] [ 16 ]} Si bien el ADN ambiental tiene numerosas aplicaciones en conservación, monitoreo y evaluación de ecosistemas, así como otras aún por describir, las concentraciones altamente variables de ADN ambiental y la heterogeneidad potencial a través del cuerpo de agua hacen que sea esencial que el procedimiento se optimice, idealmente con un estudio piloto para cada nueva aplicación para asegurar que el diseño de muestreo sea apropiado para detectar el objetivo. ^{[ 28 ] [ 20 ] [ 22 ] [ 6 ]}

Al comparar resultados obtenidos con diferentes filtros (muestras de agua) o al monitorear cambios en la biodiversidad a lo largo del tiempo, entre estaciones o entre años, se requiere la estandarización de datos. La estandarización corrige los sesgos metodológicos introducidos durante el proceso analítico, ya que el ADN de diferentes especies puede amplificarse y secuenciarse con eficiencias variables. Esta calibración se basa generalmente en estimaciones del número inicial de moléculas de ADN presentes en la muestra antes de la amplificación, a menudo denominadas número de copias de ADN, combinadas con métricas de abundancia relativa derivadas de los datos de secuenciación. Los conjuntos de datos estandarizados permiten comparaciones más fiables entre muestras, sitios y periodos de tiempo.

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  Aplicaciones del metabarcoding de ADN ambiental en ecosistemas acuáticos y terrestres ^{[ 6 ]}

Para 2019, los métodos en la investigación de eDNA se habían ampliado para poder evaluar comunidades enteras a partir de una sola muestra. Este proceso implica metabarcoding , que puede definirse con precisión como el uso de cebadores de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) generales o universales en muestras de ADN mixtas de cualquier origen seguido de secuenciación de próxima generación (NGS) de alto rendimiento para determinar la composición de especies de la muestra. Este método ha sido común en microbiología durante años, pero apenas está encontrando su lugar en la evaluación de macroorganismos. ^{[ 36 ] [ 26 ] [ 29 ] [ 22 ]} Las aplicaciones de metabarcoding de eDNA a nivel de ecosistema tienen el potencial no solo de describir comunidades y biodiversidad, sino también de detectar interacciones y ecología funcional en grandes escalas espaciales, ^{[ 37 ]} aunque puede verse limitado por lecturas falsas debido a contaminación u otros errores. ^{[ 36 ] [ 7 ] [ 38 ] [ 29 ] [ 21 ]} En conjunto, el metabarcoding de ADN ambiental aumenta la velocidad, la precisión y la identificación en comparación con el código de barras tradicional y disminuye el costo, pero necesita ser estandarizado y unificado, integrando la taxonomía y los métodos moleculares para un estudio ecológico completo. ^{[ 26 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 21 ] [ 6 ] [ 42 ]}

El metabarcoding de ADN ambiental tiene aplicaciones en el monitoreo de la diversidad en todos los hábitats y grupos taxonómicos, la reconstrucción de ecosistemas antiguos, las interacciones planta-polinizador , el análisis de la dieta, la detección de especies invasoras, las respuestas a la contaminación y el monitoreo de la calidad del aire. El metabarcoding de ADN ambiental es un método único que aún está en desarrollo y probablemente seguirá evolucionando durante algún tiempo a medida que la tecnología avance y los procedimientos se estandaricen. Sin embargo, a medida que el metabarcoding se optimice y su uso se generalice, es probable que se convierta en una herramienta esencial para el monitoreo ecológico y el estudio de la conservación global. ^{[ 6 ]}

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  Dinámica del ADN relicto ^{[ 43 ]}

El ADN extracelular, a veces llamado ADN relicto, es ADN de microbios muertos. El ADN extracelular desnudo (eDNA), liberado en su mayor parte por la muerte celular, es casi omnipresente en el medio ambiente. Su concentración en el suelo puede ser tan alta como 2 μg/L, y su concentración en ambientes acuáticos naturales puede ser tan alta como 88 μg/L. ^{[ 44 ]} Se han propuesto varias funciones posibles para el eDNA: puede estar involucrado en la transferencia horizontal de genes ; ^{[ 45 ]} puede proporcionar nutrientes; ^{[ 46 ]} y puede actuar como un amortiguador para reclutar o titular iones o antibióticos. ^{[ 47 ]} El ADN extracelular actúa como un componente funcional de la matriz extracelular en los biofilms de varias especies bacterianas. Puede actuar como un factor de reconocimiento para regular la adhesión y dispersión de tipos celulares específicos en el biofilm; ^{[ 48 ]} puede contribuir a la formación del biofilm; ^{[ 49 ]} y puede contribuir a la resistencia física del biofilm y a la resistencia al estrés biológico. ^{[ 50 ]}

Bajo el nombre de ADN ambiental, el eDNA ha visto un uso creciente en las ciencias naturales como herramienta de estudio para la ecología , monitoreando los movimientos y la presencia de especies en el agua, el aire o la tierra, y evaluando la biodiversidad de un área. ^{[ 51 ] [ 52 ]}

En el diagrama de la derecha, la cantidad de ADN relicto en un entorno microbiano está determinada por los aportes asociados a la mortalidad de individuos viables con ADN intacto y por las pérdidas asociadas a la degradación del ADN relicto. Si la diversidad de secuencias contenidas en el conjunto de ADN relicto es suficientemente diferente de la del conjunto de ADN intacto, entonces el ADN relicto puede sesgar las estimaciones de la biodiversidad microbiana (como se indica mediante recuadros de diferentes colores) al muestrear del conjunto total de ADN (intacto + relicto). ^{[ 43 ]} Se ha propuesto STARDIT (Standardised Data on Initiatives) como una forma de estandarizar tanto los datos sobre los métodos de muestreo y análisis, como las relaciones taxonómicas y ontológicas. ^{[ 53 ]}

El eDNA puede utilizarse para monitorear especies durante todo el año y puede ser muy útil en el monitoreo de la conservación. ^{[ 19 ] [ 64 ] [ 65 ]} El análisis de eDNA ha tenido éxito en la identificación de muchos taxones diferentes de plantas acuáticas, ^{[ 66 ]} mamíferos acuáticos, ^{[ 24 ] [ 19 ]} peces, ^{[ 36 ] [ 65 ]} mejillones, ^{[ 64 ]} hongos ^{[ 67 ] [ 68 ]} e incluso parásitos. ^{[ 69 ] [ 55 ]} El eDNA se ha utilizado para estudiar especies minimizando cualquier interacción humana que induzca estrés, lo que permite a los investigadores monitorear la presencia de especies en escalas espaciales más grandes de manera más eficiente. ^{[ 70 ] [ 71 ]} El uso más frecuente en la investigación actual es utilizar eDNA para estudiar las ubicaciones de especies en riesgo, especies invasoras y especies clave en todos los entornos. ^{[ 70 ]} El ADN ambiental es especialmente útil para estudiar especies con poblaciones pequeñas porque es lo suficientemente sensible como para confirmar la presencia de una especie con relativamente poco esfuerzo para recolectar datos, lo que a menudo se puede hacer con una muestra de suelo o de agua. ^{[ 7 ] [ 70 ]} El ADN ambiental depende de la eficiencia de la secuenciación y el análisis genómico, así como de los métodos de muestreo utilizados, que continúan volviéndose más eficientes y económicos. ^{[ 72 ]} Algunos estudios han demostrado que el ADN ambiental muestreado de ambientes de arroyos y costeros se degrada a niveles indetectables en aproximadamente 48 horas. ^{[ 73 ] [ 74 ]}

El ADN ambiental puede aplicarse como herramienta para detectar organismos de baja abundancia tanto en formas activas como pasivas. Los estudios de ADN ambiental activos se dirigen a especies individuales o grupos de taxones para su detección mediante PCR cuantitativa en tiempo real específica de especies altamente sensible ^{[ 75 ] [ 76 ]} o marcadores de PCR de gotas digitales . ^{[ 77 ]} La ​​metodología CRISPR-Cas también se ha aplicado a la detección de especies individuales a partir de ADN ambiental; ^{[ 78 ]} utilizando la enzima Cas12a y permitiendo una mayor especificidad al detectar taxones simpátricos. Los estudios de ADN ambiental pasivos emplean secuenciación de ADN masivamente paralela para amplificar todas las moléculas de ADN ambiental en una muestra sin un objetivo a priori en mente, proporcionando evidencia de ADN general de la composición de la comunidad biótica. ^{[ 79 ]}

Gestión de la pesca

La gestión exitosa de las pesquerías comerciales depende de estudios estandarizados para estimar la cantidad y distribución de las poblaciones de peces . El bacalao del Atlántico ( Gadus morhua ) es un ejemplo emblemático que demuestra cómo los datos mal definidos y la toma de decisiones desinformada pueden resultar en una disminución catastrófica de las poblaciones y los consiguientes problemas económicos y sociales. ^{[ 127 ]} Las evaluaciones tradicionales de las poblaciones de especies de peces demersales se han basado principalmente en estudios de arrastre , que han proporcionado un valioso flujo de información a los responsables de la toma de decisiones. ^{[ 128 ]} Sin embargo, existen algunas desventajas notables de los estudios de arrastre demersales, incluido el costo, ^{[ 129 ]} la selectividad/capturabilidad del arte, ^{[ 130 ]} la destrucción del hábitat ^{[ 131 ]} y la cobertura restringida (por ejemplo, entornos de fondo de sustrato duro, áreas marinas protegidas). ^{[ 132 ]}

El ADN ambiental (ADNe) ha surgido como una alternativa potencialmente poderosa para estudiar la dinámica de los ecosistemas. La pérdida y liberación constante de material genético de los macroorganismos imprime una huella molecular en las muestras ambientales que puede analizarse para determinar la presencia de especies objetivo específicas ^{[ 15 ] [ 133 ]} o caracterizar la biodiversidad. ^{[ 134 ] [ 135 ]} La combinación de secuenciación de próxima generación y muestreo de ADNe se ha aplicado con éxito en sistemas acuáticos para documentar patrones espaciales y temporales en la diversidad de la fauna piscícola. ^{[ 136 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]} Para desarrollar aún más la utilidad del ADNe para la gestión pesquera, comprender la capacidad de las cantidades de ADNe para reflejar la biomasa de peces en el océano es un paso importante a seguir. ^{[ 132 ]}

Se han demostrado relaciones positivas entre las cantidades de ADN ambiental y la biomasa y abundancia de peces en sistemas experimentales. ^{[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ]} Sin embargo, se prevé que las variaciones conocidas entre las tasas de producción ^{[ 143 ] [ 144 ]} y degradación ^{[ 145 ] [ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]} de ADN ambiental compliquen estas relaciones en sistemas naturales. Además, en sistemas oceánicos, es probable que los grandes volúmenes de hábitat y las fuertes corrientes resulten en la dispersión física de fragmentos de ADN lejos de los organismos objetivo. ^{[ 149 ]} Se ha considerado previamente que estos factores de confusión restringen la aplicación del monitoreo cuantitativo de ADN ambiental en entornos oceánicos. ^{[ 149 ] [ 132 ]}

A pesar de estas posibles limitaciones, numerosos estudios en ambientes marinos han encontrado relaciones positivas entre las cantidades de ADN ambiental y esfuerzos de muestreo complementarios, incluyendo el marcaje por radio, ^{[ 150 ]} muestreos visuales, ^{[ 139 ] [ 151 ]} ecosondeo ^{[ 152 ]} y muestreos de arrastre. ^{[ 138 ] [ 153 ]} Sin embargo, los estudios que cuantifican las concentraciones objetivo de ADN ambiental de especies de peces comerciales con muestreos de arrastre estandarizados en ambientes marinos son mucho más escasos. ^{[ 153 ]}

En este contexto, las comparaciones directas de las concentraciones de ADN ambiental con la biomasa y las métricas de evaluación de poblaciones, como la captura por unidad de esfuerzo (CPUE), son necesarias para comprender la aplicabilidad del monitoreo de ADN ambiental para contribuir a los esfuerzos de gestión pesquera. ^{[ 132 ]} Estudios recientes han ampliado estas aplicaciones, demostrando que el ADN ambiental puede integrarse en índices de peces estuarinos para la evaluación ecológica ^{[ 154 ]} y utilizarse para gestionar pesquerías en entornos tropicales donde los datos tradicionales suelen ser limitados. ^{[ 25 ]}

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  Red de OTU (unidad taxonómica operativa) de los grupos de ADN extracelular de los sedimentos de los diferentes márgenes continentales. ^{[ 155 ]}

El ADN extracelular en los sedimentos superficiales de aguas profundas es, con mucho, el mayor reservorio de ADN de los océanos del mundo. ^{[ 156 ]} Las principales fuentes de ADN extracelular en dichos ecosistemas están representadas por la liberación in situ de ADN de organismos bentónicos muertos y/o otros procesos que incluyen la lisis celular debido a la infección viral, la exudación y excreción celular de células viables, la descomposición de virus y los aportes alóctonos de la columna de agua. ^{[ 156 ] [ 157 ] [ 158 ] [ 159 ]} Estudios previos proporcionaron evidencia de que una fracción importante del ADN extracelular puede escapar a los procesos de degradación, permaneciendo preservada en los sedimentos. ^{[ 160 ] [ 161 ]} Este ADN representa, potencialmente, un repositorio genético que registra procesos biológicos que ocurren a lo largo del tiempo. ^{[ 162 ] [ 163 ] [ 155 ]}

Investigaciones recientes revelaron que el ADN preservado en sedimentos marinos se caracteriza por un gran número de secuencias genéticas muy diversas. ^{[ 162 ] [ 163 ] [ 164 ]} En particular, el ADN extracelular se ha utilizado para reconstruir la diversidad procariota y eucariota pasada en ecosistemas bentónicos caracterizados por bajas temperaturas y/o condiciones permanentemente anóxicas. ^{[ 164 ] [ 165 ] [ 166 ] [ 167 ] [ 168 ] [ 155 ]}

El diagrama de la derecha muestra la red de OTU ( unidad taxonómica operativa ) de los grupos de ADN extracelular de los sedimentos de los diferentes márgenes continentales. El tamaño de los puntos dentro de la red es proporcional a la abundancia de secuencias para cada OTU. Los puntos rodeados en rojo representan las OTU centrales extracelulares, los puntos rodeados en amarillo son OTU parcialmente compartidas (entre dos o más grupos) y los puntos rodeados en negro son OTU exclusivas de cada grupo. Se muestran las OTU centrales que contribuyen con al menos 20 secuencias. Los números entre paréntesis representan el número de conexiones entre OTU y muestras: 1 para OTU exclusivas, 2-3 para OTU parcialmente compartidas y 4 para OTU centrales. ^{[ 155 ]}

Estudios previos sugirieron que la preservación del ADN también podría verse favorecida en sistemas bentónicos caracterizados por altas entradas de materia orgánica y tasas de sedimentación, como los márgenes continentales. ^{[ 169 ] [ 170 ]} Estos sistemas, que representan aproximadamente el 15 % del fondo marino global, son también puntos críticos de diversidad procariota bentónica, ^{[ 171 ] [ 172 ] [ 173 ]} y, por lo tanto, podrían representar sitios óptimos para investigar la diversidad procariota preservada en el ADN extracelular. ^{[ 155 ]}

La distribución espacial de la diversidad procariota se ha estudiado intensamente en ecosistemas bentónicos de aguas profundas ^{[ 174 ] [ 175 ] [ 176 ] [ 177 ]} mediante el análisis de "ADN ambiental" (es decir, el material genético obtenido directamente de muestras ambientales sin signos evidentes de material de origen biológico). ^{[ 9 ]} Sin embargo, se desconoce hasta qué punto las secuencias genéticas contenidas en el ADN extracelular pueden alterar las estimaciones de la diversidad de los conjuntos procariotas actuales. ^{[ 178 ] [ 155 ]}

Los análisis de ADN antiguo conservado en varios archivos han transformado la comprensión de la evolución de las especies y los ecosistemas. Si bien los estudios anteriores se han concentrado en el ADN extraído de muestras taxonómicamente restringidas (como huesos o tejido congelado), los avances en la secuenciación de alto rendimiento y la bioinformática ahora permiten el análisis de ADN antiguo extraído de archivos sedimentarios, ^{[ 179 ]} el llamado sedaADN. La acumulación y preservación de sedaADN enterrado en sedimentos terrestres y lacustres ha sido objeto de investigación e interpretación activas. ^{[ 180 ]} Sin embargo, estudiar la deposición de ADN en el fondo oceánico y su preservación en sedimentos marinos es más complejo porque el ADN tiene que viajar a través de una columna de agua durante varios kilómetros. ^{[ 181 ]} A diferencia del entorno terrestre, con el transporte generalizado de biomasa subfósil desde tierra, la mayor parte del sedaADN marino se deriva de la comunidad planctónica , que está dominada por microbios marinos y protistas marinos . ^{[ 182 ]} Tras la muerte del plancton superficial, su ADN es transportado a través de la columna de agua, durante lo cual se sabe que gran parte de la materia orgánica asociada es consumida y respirada . ^{[ 183 ]} Este transporte puede durar entre 3 y 12 días, dependiendo del tamaño y la morfología de la prueba. ^{[ 184 ]} Sin embargo, aún no está claro cómo sobrevive exactamente el eDNA planctónico, definido como el ADN total presente en el medio ambiente después, ^{[ 185 ]} este transporte, si la degradación o el transporte están asociados con la clasificación o la advección lateral , y finalmente, si el eDNA que llega al fondo marino se conserva en los sedimentos marinos sin una mayor distorsión de su composición. ^{[ 186 ]}

A pesar de la larga exposición a la degradación en condiciones óxicas durante el transporte en la columna de agua y la concentración sustancialmente menor de materia orgánica en el fondo marino, hay evidencia de que el eDNA planctónico se conserva en sedimentos marinos y contiene una señal ecológica explotable. ^{[ 187 ]} Estudios anteriores han demostrado la preservación de sedaDNA en sedimentos marinos depositados en anoxia con cantidades inusualmente altas de materia orgánica preservada, ^{[ 188 ]} pero investigaciones posteriores indican que el sedaDNA también se puede extraer de sedimentos marinos normales, dominados por fracciones minerales clásticas o biogénicas . ^{[ 189 ] [ 190 ] [ 191 ]} Además, la baja temperatura del agua de mar profundo (0–4  °C) asegura una buena preservación del sedaDNA. ^{[ 185 ] [ 187 ]} Utilizando foraminíferos planctónicos como una "Piedra Rosetta", que permite la evaluación comparativa de firmas de sedaDNA mediante pruebas fósiles coexistentes de estos organismos, Morard et al. En 2017 se demostró que la huella del ADN ambiental del plancton que llega al fondo marino conserva la firma ecológica de estos organismos a gran escala geográfica. ^{[ 188 ]} Esto indica que el ADN ambiental de la comunidad planctónica se deposita en el fondo marino, junto con agregados, esqueletos y otro material planctónico en hundimiento. Si esto es cierto, el ADN ambiental debería poder registrar firmas de la hidrografía oceánica superficial, que afectan la composición de las comunidades de plancton, con la misma resolución espacial que los restos esqueléticos del plancton. Además, si el ADN ambiental del plancton llega al fondo marino asociado con agregados o conchas, es posible que resista el transporte a través de la columna de agua mediante la fijación a superficies minerales. Se ha propuesto el mismo mecanismo para explicar la preservación del ADN sedó en los sedimentos, ^{[ 189 ] [ 190 ] [ 191 ]} lo que implica que el flujo de ADN e planctónico encapsulado en la concha de calcita que llega al fondo marino está condicionado para su preservación al ser enterrado. ^{[ 186 ]}

El ADNe de foraminíferos planctónicos es un indicador ideal tanto horizontalmente, para evaluar la resolución espacial de la reconstrucción de las características hidrográficas superficiales del océano pasado, como verticalmente, para rastrear inequívocamente el enterramiento de su señal a lo largo de la columna de sedimentos. De hecho, el flujo de ADNe de foraminíferos planctónicos debería ser proporcional al flujo de conchas de foraminíferos muertos que se hunden hasta el fondo marino, lo que permite una evaluación comparativa independiente de la señal de ADNe. El ADNe es una herramienta poderosa para estudiar ecosistemas porque no requiere conocimiento taxonómico directo, lo que permite recopilar información sobre cada organismo presente en una muestra, incluso a nivel críptico . Sin embargo, la asignación de las secuencias de ADNe a organismos conocidos se realiza mediante la comparación con secuencias de referencia (o códigos de barras ) disponibles en repositorios públicos o bases de datos curadas. ^{[ 192 ]} La taxonomía de los foraminíferos planctónicos se comprende bien ^{[ 193 ]} y existen códigos de barras que permiten un mapeo casi completo de los amplicones de ADN ambiental en la taxonomía basada en la morfología de la concha de los foraminíferos. ^{[ 194 ] [ 195 ]} Es importante destacar que la composición de las comunidades de foraminíferos planctónicos está estrechamente ligada a la hidrografía superficial y esta señal se conserva mediante las conchas fósiles depositadas en el fondo marino. ^{[ 196 ] [ 197 ]} Dado que el ADN ambiental de los foraminíferos acumulado en el sedimento oceánico puede recuperarse, podría utilizarse para analizar los cambios en las comunidades planctónicas y bentónicas a lo largo del tiempo. ^{[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ] [ 201 ] [ 186 ]}

En 2022, se descubrió y secuenció en Groenlandia material genético de ADN ambiental de dos millones de años de antigüedad, y actualmente se considera el ADN más antiguo descubierto hasta la fecha. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

La relativa sencillez del muestreo de ADN ambiental se presta a proyectos que buscan involucrar a las comunidades locales en la investigación, incluyendo la recolección y el análisis de muestras de ADN. Esto puede empoderar a las comunidades locales (incluidos los pueblos indígenas) para participar activamente en el monitoreo de las especies en un entorno y ayudar a tomar decisiones informadas como parte de un modelo de investigación-acción participativa. Un ejemplo de este tipo de proyecto lo ha demostrado la organización benéfica Science for All con el proyecto "Wild DNA". ^{[ 202 ]}

• ADN libre circulante
• ADN exógeno
• ARN extracelular
• ARN presentes en muestras ambientales
• Efecto sombra (genética)