Environmental DNA (eDNA) mapping and monitoring of marine fjord resources and biodiversity.

Økende press fra menneskeskapt aktiviteter i fjordene, inkludert havbruk, krever økt forvaltningsinnsats for å sikre bærekraftig bruk av marine ressurser. Et eksempel er økosystembasert helhetlig forvaltning. For dette formålet er det viktig å kartlegge og overvåke marine ressurser på riktig måte. Nye overvåkingsverktøy som miljø-DNA (eDNA) tilbyr en kostnadseffektiv og ikke-skadelig måte for å overvåke variasjon i biodiversitet. eDNA er det fritt flytende DNA som frigjøres av organismer til miljøet som kan isoleres og brukes til artsbestemmelse, basert på ulike typer sekvensering (metastrekkoding). Basert på miljø-DNA kan vi identifisere artssammensetning i marine økosystemer. I FISHDIV har vi testet den romlige skala av eDNA for å utlede endinger i sammensetning av fiskesamfunn i fjordøkosystemer i Tromsø og Finnmark. I tillegg har vi bygget modeller for eDNA-metastrekkodingskvantifisering og har koblet dem med trålundersøkelser for bedre å forstå de biologiske og miljømessige parameterne (dvs. prosesser) som påvirker eDNA i vannsøylen. Ved å måle slike prosesser kan vi øke transparensen og legge til rette for sammenligning av eDNA-undersøkelser med andre typer undersøkelser og studier. Dette forbedrer i sin tur reproduserbarheten og påliteligheten til resultatene, en evne som konvensjonelle undersøkelser alene ikke kan tilby. Til syvende og sist vil disse fremskrittene bidra til utviklingen av molekylære prøvetakingsverktøy og deres anvendelighet i fiskeriforvaltning og bestandsvurderinger. Denne strategiske koblingen kan forbedre robustheten og tilpasningsevnen til overvåkingsprogrammer, og dermed styrke kapasiteten til effektive bestands- og økosystemvurderinger i et stadig skiftende havmiljø. Denne innsikten har betydelige implikasjoner for bruken av eDNA i forvaltning og bevaring av marine økosystemer.

FISHDIV has improved the knowledge on how eDNA can be used as monitoring tools in management and conservation of marine biodiversity. We have demonstrated the quantitative properties of eDNA metabarcoding data, both semi-quantitative (rank abundance) and absolute (number of fish/km2). FISHDIV have developed an R package for absolute quantification and thus, making the method more accessible. In addition, we have shown the spatial scale at which eDNA samples represent in sub-arctic fjord ecosystems. These findings have led us several steps closer to implementing eDNA data into monitoring fisheries in Norway, but there are still validation steps that needs to be done before this non-invasive data source can be utilized to its full extent. The foundation established in the project will be pursued further. The project has had large benefits from its partners (UiT, NORCE, University of Washington and NOAA fisheries) in which has strengthened this collaboration. A final a workshop held at IMR, Tromsø in June 2024 will we summarize the new knowledge gained and plan for future implementation of the methods at IMR and how we can approach ICES.

Growing pressures from anthropogenic activities in fjords, including aquaculture, calls for dedicated management approaches, designed to secure sustainable use of the oceans, such as ecosystem-based holistic management. For this purpose, specific efforts to map and monitor fjord resources and biodiversity, with increased and improved data flow is needed. To achieve this, we need new monitoring tools. Environmental DNA (eDNA) has been developed as a powerful and cost-efficient tool for biological mapping and monitoring in many types of habitats, also marine, but the application for large scale monitoring of biodiversity and biological structure in this environment is yet to be evaluated. In FISHDIV we seek to increase our knowledge of fish biodiversity by optimizing sampling design and demonstrate the usefulness of eDNA. We want to improve our monitoring tools for both fisheries management and effect studies of aquaculture, such as before-after-control-impact (BACI) studies. IMR conducts annual trawl-acoustic surveys to assess fish abundance and diversity along the coast of Northern Norway (ECOKYST). This sampling approach is cost intensive and for each of the fjords IMR measure biodiversity based on only a few trawl hauls in each fjord, together with the acoustic estimates. This implies that rare species or species that occupy untrawlable habitats can be missed. Thus, risking an incomplete overview of the biodiversity and hence ecosystem structure. eDNA will effectively provide a solution to monitor fish abundance and diversity in fjords throughout the year, in a cost and time efficient manner, without compromising data quality. If proven valid in fjord habitats, the eDNA approach can alter or contribute to a multidisciplinary approach in marine science and management where traditional and resource demanding sampling tools limit our capacity to address fundamentally important questions.