Hidden diversity: DNA metabarcoding reveals hyper-diverse benthic invertebrate communities
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Freshwater ecosystems, such as streams, are facing increasing pressures from agricultural land use and recent literature stresses the importance of robust biomonitoring to detect trends in insect decline globally. Aquatic insects and other macroinvertebrates are often used as indicators of ecological condition in freshwater biomonitoring programs; however, these diverse groups can present challenges to morphological identification and coarse-level taxonomic resolution can mask patterns in community composition. Here, we incorporate molecular identification (DNA metabarcoding) into a stream biomonitoring sampling design to explore the diversity and variability of aquatic macroinvertebrate communities at small spatial scales. While individual stream reaches can be very heterogenous, most community ecology studies focus on larger, landscape-level patterns of community composition. A high degree of community variability at the local scale has important implications for both biomonitoring and ecological research, and the incorporation of DNA metabarcoding into local biodiversity assessments will inform future sampling protocols. RESULTS: We sampled twenty streams in southern Ontario, Canada, for aquatic macroinvertebrates across multiple time points and assessed local community variability by comparing field replicates taken ten meters apart within the same stream. Using bulk-tissue DNA metabarcoding, we revealed that aquatic macroinvertebrate communities are highly diverse at small spatial scales with unprecedented levels of local taxonomic turnover. We detected over 1600 Operational Taxonomic Units (OTUs) from 149 families, and a single insect family, the Chironomidae, contained over one third of the total number of OTUs detected in our study. Benthic communities were largely comprised of rare taxa detected only once per stream despite multiple biological replicates (24-94% rare taxa per site). In addition to numerous rare taxa, our species pool estimates indicated that there was a large proportion of taxa that remained undetected by our sampling regime (14-94% per site). Our sites were located across a gradient of agricultural activity, and while we predicted that increased land use would homogenize benthic communities, this was not supported as within-stream dissimilarity was unrelated to land use. Within-stream dissimilarity estimates were consistently high for all levels of taxonomic resolution (invertebrate families, invertebrate OTUs, chironomid OTUs), indicating stream communities are very dissimilar at small spatial scales.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».