Evaluación de la capacidad del metabarcoding de ADN ambiental (eDNA) para el monitoreo de la diversidad de eucariotas en sedimentos marinos del Distrito Nacional de Manejo Integrado (DNMI) Colinas y Lomas Submarinas y de la bahía Tukakas, Colombia
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Resumen
El monitoreo de la biodiversidad es esencial para la gestión y conservación de los ecosistemas, infortunadamente los métodos tradicionales basados en la identificación morfológica suelen ser costosos, lentos y dependientes de especialistas, lo que limita su alcance, especialmente frente a especies crípticas o de difícil acceso. En este contexto, el análisis de ADN ambiental (eDNA) sedimentario emerge como una herramienta innovadora basada en la detección de trazas genéticas de la biodiversidad reciente e histórica, la cual permite caracterizar comunidades biológicas con alta resolución temporal y espacial. Este estudio tuvo como objetivo evaluar la capacidad del metabarcoding de ADN ambiental para monitorear la diversidad de eucariotas en sedimentos marinos del Distrito Nacional de Manejo Integrado (DNMI) Colinas y Lomas Submarinas (Pacífico colombiano) entre los 3.500 m y 4.000m de profundidad y de la Bahía Tukakas (Caribe colombiano), entre los 2 y 5 m de profundidad. Durante expediciones realizadas entre 2023 y 2024, se recolectaron sedimentos y muestras biológicas de macrofauna y peces, las cuales fueron analizadas mediante enfoques morfológicos, barcoding de ADN y metabarcoding del ADN ambiental. El procesamiento bioinformático incluyó herramientas como BLASTn, MEGA y RAxML para la asignación taxonómica, mientras que la riqueza de especies fue estimada mediante modelos Jackknife y Bootstrap. Los resultados evidenciaron una alta diversidad de eucariotas en ambos sistemas. En el DNMI Colinas y Lomas se identificaron 42 MOTUs, en su mayoría representados por Fungi y Chromista, quienes usualmente se asocian a hongos descomponedores y microeucariotas heterótrofos influenciados por flujos verticales de materia orgánica. En contraste, en la bahía Tukakas se detectaron 31 MOTUs, con predominio de microalgas y hongos saprótrofos, evidenciando un ecosistema productivo y dinámico. El eDNA demostró gran sensibilidad para detectar taxa raros y de difícil monitoreo, revelando una marcada conectividad entre ambientes continentales, pelágicos y bentónicos. En total se obtuvieron 148 taxa en el DNMI Colinas y Lomas y 371 en la bahía Tukakas. La complementariedad del metabarcoding de eDNA con la taxonomía integrativa y los censos visuales reportados para cada zona de estudio aumentó significativamente la resolución taxonómica y ecológica, validando su utilidad para la evaluación ambiental en ecosistemas marinos tropicales.
Descripción
Abstract
Biodiversity monitoring is essential for the management and conservation of ecosystems; however, traditional methods based on morphological identification are often costly, time-consuming, and dependent on specialists, which limits their applicability, particularly for cryptic species or those that are difficult to access. In this context, sedimentary environmental DNA (eDNA) analysis has emerged as an innovative tool based on the detection of genetic traces of recent and historical biodiversity, enabling the characterization of biological communities with high temporal and spatial resolution. This study aimed to evaluate the capacity of environmental DNA metabarcoding to monitor eukaryotic diversity in marine sediments from the Colinas y Lomas Submarinas Integrated Management National District (DNMI) in the Colombian Pacific, at depths between 3,500 and 4,000 m, and from Tukakas Bay in the Colombian Caribbean, at depths between 2 and 5 m. During expeditions conducted between 2023 and 2024, sediments and biological samples of macrofauna and fish were collected and analyzed using morphological approaches, DNA barcoding, and environmental DNA metabarcoding. Bioinformatic analysis included tools such as BLASTn, MEGA, and RAxML for taxonomic assignment, while species richness was estimated using Jackknife and Bootstrap models. Results revealed high eukaryotic diversity in both systems. In the DNMI Colinas y Lomas, 42 MOTUs were identified, mostly represented by Fungi and Chromista, typically associated with decomposer fungi and heterotrophic microeukaryotes influenced by vertical fluxes of organic matter. In contrast, 31 MOTUs were detected in Tukakas Bay, dominated by microalgae and saprotrophic fungi, indicating a productive and dynamic ecosystem. eDNA showed high sensitivity for detecting rare and hard-to-monitor taxa, revealing marked connectivity among continental, pelagic, and benthic environments. In total, 148 taxa were obtained in the DNMI Colinas y Lomas and 371 in Tukakas Bay. The complementarity between eDNA metabarcoding, integrative taxonomy, and the visual surveys reported for each study area significantly increased taxonomic and ecological resolution, validating its utility for environmental assessment in tropical marine ecosystems.
Palabras clave
Ecosistemas sedimentarios, Ecología de profundidad, Eucariotas marinos, Taxonomía molecular, Monitoreo de la biodiversidad