Assessing Pantanal fauna through environmental DNA metabarcoding after the 2020 megafire

Abstract

The environmental DNA (eDNA) metabarcoding is a methodology that, from environmental samples such as soil, water, air, and others, enables the simultaneous identification of multiple species, thus allowing for large-scale mapping of biological diversity in a specific study area. Due to its non-invasive sampling approach, where species are detected from the traces they leave in the environment, eliminating the need to isolate and capture organisms, eDNA metabarcoding emerges as a valuable tool in conservation strategies. This study aims to explore the use of eDNA methodology for biodiversity monitoring and environmental impact assessment caused by the 2020 megafire in the Pantanal of Brazil, focusing on vertebrates. Environmental samples were collected at two protected areas and their surrounding areas, Taiamã Ecological Station (TES) and Pantanal Matogrossense National Park (PMNP), Mato Grosso, Brazil. We identified in TES, 27 mammals, 56 fishes, 12 birds, 4 amphibians, and 4 reptiles, while in PMNP, 43 mammals, 45 fishes, 126 birds, 19 amphibians, and 11 reptiles. Soil sampling proved to be more efficient compared to water sampling: 26 species were exclusively identified in soil samples, while 9 were attributed to water samples. Here, we demonstrated that the primer 12SV5 only a superior efficacy in identifying mammal and herpetofauna species compared to the other markers used (16Smam and MiBird). Moreover, we confirmed the complementary role of eDNA alongside camera trapping, and its advantage to estimate species richness with a single field expedition. We stress the need to optimize sample collection methods for the target group and to reduce the influence of contamination and water flow. This study highlights the importance of eDNA methodology as a crucial tool for biodiversity monitoring and environmental impact assessment, enabling rapid access to biodiversity and long-term monitoring.  O DNA ambiental (eDNA) metabarcoding é uma metodologia que permite identificar, simultaneamente, múltiplas espécies a partir de amostras ambientais como solo, água, ar, entre outras, possibilitando mapeamentos da biodiversidade em larga escala. Devido à sua abordagem de amostragem não invasiva, em que as espécies são detectadas a partir dos vestígios deixados no ambiente, eliminando a necessidade de isolar e capturar organismos, o eDNA metabarcoding é considerado uma ferramenta importante e eficiente para estratégias de manejo e conservação. Este estudo teve como objetivo explorar o uso da análise de eDNA para monitorar a biodiversidade e avaliar o impacto ambiental causado pelo megaincêndio, em 2020, no Pantanal brasileiro sobre os vertebrados nativos. Amostras ambientais de água e solo foram coletadas na Estação Ecológica Taiamã (TES) e no Parque Nacional do Pantanal Matogrossense (PMNP), e em seus entornos, no estado do Mato Grosso. Por meio da análise de água, identificaram-se 27 espécies de mamíferos, 56 peixes, 12 aves, quatro anfíbios e quatro répteis na TES; enquanto no PMNP, por meio da análise de amostras de solo, foram identificadas 43 espécies de mamíferos, 45 peixes, 126 aves, 19 anfíbios e 11 répteis. A amostragem de solo identificou um maior número de espécies comparada à amostragem de água: 26 espécies foram identificadas exclusivamente em amostras de solo, enquanto apenas nove espécies foram exclusivas em amostras de água. Além disso, ficou evidente que o primer 12SV5 apresentou uma eficácia superior na identificação de espécies da mastofauna e da herpetofauna em comparação com os outros marcadores utilizados (16Smam e MiBird). Os resultados deste estudo confirmam que o eDNA metabarcoding complementa os levantamentos realizados por armadilhamento fotográfico, bem como suas vantagens para estimar a riqueza de espécies com uma única expedição de campo. Para aumentar a eficiência do método é necessário otimizar os métodos de coleta de amostras para o grupo-alvo de cada estudo e minimizar a influência da contaminação e do fluxo de água. Este estudo demonstra que a metodologia de eDNA metabarcoding é uma ferramenta fundamental para o monitoramento da biodiversidade e avaliação de impacto ambiental, permitindo acessar rapidamente a biodiversidade e monitorá-la em longo prazo.El metabarcoding de ADN ambiental (eDNA) es una metodología que, a partir de muestras ambientales como suelo, agua, aire y otras, permite la identificación simultánea de múltiples especies, permitiendo así mapear a gran escala la diversidad biológica en un área de estudio específica. Debido a su enfoque de muestreo no invasivo, donde las especies se detectan a partir de los rastros que dejan en el medio ambiente, eliminando la necesidad de aislar y capturar organismos, esta técnica emerge como una herramienta valiosa en las estrategias de conservación. El presente estudio tiene como objetivo explorar el uso de la metodología de metabarcoding eDNA para el monitoreo de la biodiversidad y la evaluación del impacto ambiental en los vertebrados causado por el mega incendio de 2020 en el Pantanal brasileño. Se colectaron muestras ambientales en dos áreas protegidas y sus áreas circundantes, la Estación Ecológica Taiamã (TES) y el Parque Nacional Pantanal Matogrossense (PMNP), Mato Grosso, Brasil. A través de muestras de agua fueron identificadas en TES 27 especies de mamíferos, 56 de peces, 12 de aves, 4 de anfibios y 4 de reptiles, mientras que en PMNP, a través de muestras de suelo, fuero 43 especies de mamíferos, 45 de peces, 126 de aves, 19 de anfibios y 11 de reptiles. El muestreo de suelo demostró ser más eficiente en comparación con el muestreo de agua: 26 especies fueron identificadas exclusivamente en muestras de esta naturaleza, mientras que 9 se atribuyeron a muestras de agua. Fue observado que el marcador 12SV5 presentó una eficacia superior en la identificación de especies de mamíferos y herpetofauna en comparación con los otros marcadores utilizados (16Smam y MiBird). Además, se confirma el papel complementario del análisis de eDNA junto con la cámara trampa y su ventaja para estimar la riqueza de especies con una sola expedición de campo. También se destaca la necesidad de optimizar los métodos de recolección de muestras para el grupo objetivo y reducir la influencia de la contaminación y del flujo del curso de agua. Este estudio resalta la importancia de la metodología basada en el metabarcoding de eDNA como una herramienta crucial para la vigilancia de la biodiversidad y la evaluación del impacto ambiental, permitiendo acceder rápidamente a la biodiversidad y monitorearla a largo plazo.