23/01/2023
Door Ad Spijkers
Zwitserse onderzoekers hebben een drone ontwikkeld die op boomtakken kan landen en van daaruit monsters kan nemen.
Ecologen maken steeds vaker gebruik van sporen van het genetisch materiaal dat levende wezens in het milieu hebben achtergelaten, het zogenaamde omgevings-DNA, om de biologische diversiteit te monitoren en te inventariseren. Aan de hand van deze DNA-sporen kunnen onderzoekers soorten identificeren die in een bepaald gebied voorkomen. Het nemen van water- of grondmonsters is eenvoudig. Andere habitats zijn echter moeilijk toegankelijk voor onderzoekers, zoals het bladerdak. Als gevolg hiervan blijven veel soorten verborgen in slecht onderzochte gebieden.
Onderzoekers van de Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) in Zürich en Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in Birmensdorf (bij Zürich) hebben een speciale drone ontwikkeld die autonoom monsters van boomtakken kan verzamelen. De nieuwe methode opent een nieuwe dimensie voor wetenschappers, die voorheen voorbehouden was aan waaghalzen in bomen.
Drone verzamelt materiaal
De drone is voorzien van plakstrips. Als het vliegtuig op een tak landt, blijft er materiaal van de tak aan plakken. Hieruit kunnen de onderzoekers vervolgens in het laboratorium DNA extraheren, analyseren en aan de hand van databasevergelijkingen toewijzen aan de verschillende organismen.
Maar niet alle takken zijn hetzelfde: ze verschillen in dikte en elasticiteit. Bovendien springen takken terug als de drone erop landt. Het vliegtuig zodanig programmeren dat het toch autonoom naar een tak kan vliegen en daar gedurende een bepaalde tijd stabiel op kan blijven staan om monsters te nemen, was een grote uitdaging voor de robotici.
Het landen op takken vereist complexe besturing. De drone weet in eerste instantie niet hoe flexibel een tak is. Hij is daarom uitgerust met een krachtmeetkooi. Hierdoor kan de drone deze factor ter plekke meten en meenemen in de vliegmanoeuvre.
De onderzoekers testten hun drone op zeven boomsoorten. In de monsters vonden ze het DNA van 21 verschillende groepen organismen, waaronder vogels, zoogdieren en insecten. Dit is bemoedigend omdat het laat zien dat de verzameltechniek werkt.
Wedstrijd
De onderzoekers willen hun drone verder verbeteren en geschikt maken voor een wedstrijd waarin het doel is om in 24 uur tijd zoveel mogelijk verschillende soorten vast te leggen in een regenwoudgebied van 100 ha in Singapore. Ze werken momenteel in het Masoala-regenwoud van de dierentuin van Zürich om de efficiëntie van de drone te testen onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van de concurrentie. Dat heeft als voordeel dat bekend is welke soorten voorkomen.
Door de tests kunnen ze beter beoordelen hoe volledig ze met deze techniek omgevings-DNA-sporen verzamelen of dat ze iets over het hoofd zien. Daarvoor moet het verzamelapparaat echter efficiënter en sneller zijn. In de tests verzamelde de drone in drie dagen materiaal van zeven bomen; in Singapore moet het in slechts 24 uur tien keer kunnen vliegen en monsters kunnen verzamelen van evenveel bomen.
Het verzamelen van monsters in een natuurlijk regenwoud vormt een grote uitdaging voor de onderzoekers. Frequente regen spoelt het omgevings-DNA weg van oppervlakken. Wind en bewolking maken het ook lastig om de drone te bedienen. De Zwitsers zijn erg benieuwd of hun verzamelmethode zich ook gaat bewijzen onder extreme omstandigheden in de tropen.
De wetenschappelijker publicatie vindt u hier.
Foto: Gottardo Pestalozzi / WSL