Pilgrimsmusslor är ett av de mest lönsamma fiskena i Maine, med ett statligt värde på nästan 7 miljoner dollar 2016. Pilgrimsmusslafisket är också ett av de mest lokala, med små "dagbåtar" som håller sig nära stranden.

Landningar (och populationer) har fluktuerat under åren, med de senaste topparna i mitten av 1980- och 1990-talen. Efter kraftiga nedgångar i början av 2000-talet, staten införde adaptiv förvaltning, stänga vissa områden och noggrant övervaka andra. Tillvägagångssättet verkar vara framgångsrikt, eftersom landningarna har ökat avsevärt, även om de exakta orsakerna är oklara och det finns många frågor obesvarade. Skyddar att stänga en pilgrimsbädd leken? Hur lång tid tar befolkningsåterhämtningen? Om en pilgrimsbädd är stor, betyder det att det är hälsosamt? Är alla pilgrimssängar lika produktiva?

Skylar Bayer, som tog examen i våras från University of Maine med en Ph.D. i marinbiologi, har studerat pilgrimsmusslor i sex år i Richard Wahles labb vid Darling Marine Center. Hennes forskning tar upp frågor om kammusslors reproduktion. Pilgrimsmusslor är broadcast spawners, släpper ut sina ägg och spermier separat i vattnet. Befruktning sker genom slumpmässiga möten.

Bayer har lärt sig vad hon vet om kammusslors lek från både laboratorie- och fältexperiment, manipulera temperaturen för att framkalla lek, och väga reproduktionsorgan från pilgrimsmusslor (ämnet för hennes ökända Colbert Report-framträdande). Även under ett mikroskop, dock, det är svårt att urskilja äggen, sperma, embryon och larver av kammusslor från andra musslor. Så, hur kan forskare förstå hur det som händer i det öppna havet?

Dessa frågor, kombinerat med tillgängligheten och överkomligheten av nya analysmetoder och Wahles uppmuntran, ledde Bayer in i den expanderande världen av kvantitativ DNA-detektion och till det oväntade samarbetet med Peter Countway, en mikrobiell ekolog och senior forskare vid Bigelow Laboratory for Ocean Sciences i närliggande East Boothbay. Countway studerar mångfalden och strukturen hos mikroalger, protozoer och bakterier - alla mikroskopiska organismer. Att samarbeta med Bayer om pilgrimsmusslor var en möjlighet att titta på större djur i planktonet (metazoer), som pilgrimsmussla ägg, spermier och larver.

"Jag brukar kasta ut DNA-sekvenserna från de större sakerna, metazoerna och makrofaunan, men det kan finnas riktigt viktig information där, "Att kunna upptäcka det mikrobiella stadiet av en metazoan ger oss plötsligt ett fönster in i detta rike av lek och bosättning som tidigare var en svart låda."

Med ekonomiskt stöd från Maine Sea Grant, forskarna startade ett projekt för att upptäcka lek utan att behöva samla in, märka, Spår, tendera, dissekera eller skörda pilgrimsmusslor, som skulle krävas av traditionella metoder. "Vi gör inte destruktiva provtagningar, dissektioner som dödar djuret, och om miljöprovtagningen fungerar, vi behöver inte samla in djur och ta med dem till labbet, " sa Bayer. Deras första uppgift var att sekvensera en utvald region av kammusslor DNA, något som inte hade gjorts tidigare. Sedan utvecklade de en teknik, använda en metod som kallas kvantitativ polymeraskedjereaktion, som använder tre bitar av DNA som arbetar tillsammans för att lokalisera och amplifiera kammusslor DNA mot bakgrund av miljontals andra typer av DNA i miljön.

Bayer och Countway var sedan tvungna att avgöra om de kunde upptäcka kammusslor-DNA i ett typiskt havsvattenprov. Det naturliga överflödet av kammusslor i havet kan vara för litet för att även det mest sofistikerade instrumentet ska kunna upptäcka. Fördelen med deras nydesignade test är dess förmåga att amplifiera mängden kammusslor DNA i ett prov med flera storleksordningar, möjliggör detektion via mätning av fluorescens. De använde framgångsrikt metoden för att upptäcka lekande kammusslor i Darling Marine Center-laboratoriet. De tilldelades ytterligare Sea Grant-medel för att prova det i en verklig miljö.

I Augusti, Bayer och Countway hängde upp nät fyllda med vuxna pilgrimsmusslor utanför kajen vid Bigelow Laboratory, och tillbringade de kommande två månaderna med att samla in vattenprover från området runt pilgrimsmusslorna, för att bestämma bakgrundsnivåer av kammusslans celler och försöka upptäcka en ökning av kammusslans gener som sammanfaller med en naturlig lekhändelse.

Lekhändelser i kustnära Maine inträffar ofta efter att vattentemperaturen toppar i slutet av sommaren, i augusti eller september. Spawning-händelser kan hända snabbt och vara mindre än en timme, så Bayer har varit tvungen att samla in många prover, och även dissekera några av pilgrimsmusslorna för att bekräfta lekaktiviteten och jämföra den med deras vattenprover.

Under de kommande två månaderna, Bayer och Countway kommer att extrahera DNA från sina prover för att avgöra om de har fångat några lekhändelser.

"Att försöka fånga lekhändelser i fält i realtid är riskabelt och kräver mycket tid och ansträngning, men utdelningen är värd det. Om vi ​​kan upptäcka lekhändelser med denna metod, vi skulle kunna öppna en helt ny dörr för att förstå reproduktion och populationsdynamik hos marina djur, sa Bayer.

Det finns ett växande intresse för miljö-DNA eller "e-DNA"-tekniker för att bedöma biologisk mångfald, upptäcka närvaron av invasiva eller giftiga arter, eller studera migrationsmönster. Livets signaturer finns överallt, avslöjar var djur har varit och, när det gäller lekande pilgrimsmusslor, vad de har gjort. Forskare behöver inte längre faktiskt se eller fånga en art för att veta att den finns där.

Löftet om e-DNA är i fokus för ett preliminärt förslag som leds av David Emerson från Bigelow Laboratory, som valdes ut för att utvecklas till ett fullständigt spår 1-förslag till National Science Foundation EPSCoR-programmet 2018. UMaine kommer att arbeta nära Bigelow och andra marina forskningsorganisationer i staten under nästa år i detta arbete.