Neil Gemmell ma tajny plan znalezienia miejsca pobytu potwora Nessie, Loch Ness.
powiązana zawartość
- Kluczem do ochrony życia na Ziemi może być kod kreskowy
- Wkrótce będziesz mógł stwierdzić, czy twoja ryba akwariowa została złapana cyjankiem
- Zagrożone gatunki? Nauka na ratunek (genetyczny)!
- Naukowcy mogą stwierdzić, gdzie żyją ryby, na podstawie DNA w wodzie
Nie, naprawdę to przemyślał. Jeśli w Loch żyje coś dużego i dziwnego, odrzuciłoby komórki pełne DNA jak wszystko inne. Prawdopodobnie dużo. I chociaż nie mamy w bibliotece referencyjnej żadnego dino-DNA do porównania próbek, Gemmell, profesor genomiki na Uniwersytecie Otago w Nowej Zelandii, mówi, że wiemy wystarczająco dużo o tym, jak powinien wyglądać, aby powiedzieć, czy jest plezjozaur mieszkający we współczesnej Szkocji.
Jedyne, czego potrzebujesz, to sposób na ustalenie, czy w tych wodnych głębinach pływa DNA plezjozaura. Wpisz eDNA. Nie, to nie jest elektroniczna wersja DNA. Mówiąc najprościej, eDNA jest tym, co naukowcy nazywają materiałem genetycznym pozyskanym ze środowiska, a nie samym stworzeniem. I chociaż technicznie eDNA można znaleźć w kryjówce w glebie lub powietrzu, woda jest szczególnie przydatnym medium, ponieważ można go tak łatwo zebrać, odcedzić i zredukować.
Zerwij szklankę wody ze swojego podwórka i podnieś ją do światła. Te zabłocone, wirujące wody są pełne niewidzialnych śladów życia. Od obskurnego stawu ze złotymi rybkami w centrum handlowym po fale docierające do brzegu, każdy zbiornik wodny jest zawiesiną odłupanych komórek. Co więcej, naukowcy opracowali ostatnio metody, za pomocą których mogą odfiltrować sekwencje DNA w tej zawiesinie, aby rozróżnić między niebieskim krabem, płetwalem błękitnym, a nawet potworem z Loch Ness - nigdy nie zwracając uwagi na samo zwierzę.
Aby być całkowicie jasnym, Gemmell nie obstawia możliwości znalezienia plezjozaura w Loch Ness. Ale jest gotów postawić zakład na moc eDNA, aby pomóc nam opracować nowe strategie ochrony, a nawet rozwiązać niektóre z najbardziej uporczywych tajemnic ekologicznych naszych czasów.
Potencjał tej techniki jest ogromny: w Chorwacji naukowcy używają jej do przeszukiwania jaskiń w celu znalezienia ślepej, bezbarwnej wodnej salamandry znanej jako smok jaskiniowy lub olm. Na południowo-wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych eDNA mówi nam, o ile olbrzymie, skryte płazy zwane piekielnymi spadły w swoim historycznym zasięgu. W Azji naukowcy udowodnili, że eDNA można również wykorzystać do badania meduz, takich jak japońska pokrzywa morska. A w Australii naukowcy odkryli, że podobne testy można wykorzystać do badania aktywności tarła na zagrożonym grzędzie okonia Macquarie.
„Naprawdę nie chcę zostać znany jako facet, który szuka potwora z Loch Ness” - mówi Gemmell. „Ale myślę, że to świetny haczyk, gdy ludzie mówią o eDNA”.
Niedokończony morświn z Jangcy w Instytucie Hydrobiologii pod Chińską Akademią Nauk w Wuhan, w prowincji Hubei w środkowych Chinach, 10 maja 2016 r. Według naukowców obecna populacja morświnów drobnych wynosi mniej niż 1000. (Xinhua / Alamy) Aby dać Ci wyobrażenie o tym, jak wygląda eDNA, wyobraź sobie, że robisz chleb, a właśnie rozrzuciłeś garść mąki na blacie. Po ugniataniu bochenka pozostało trochę pyłu? Mark Stoeckle, starszy współpracownik ds. Badań w Rockefeller University's Program for the Human Environment, jest w zasadzie tym, co może wydobyć z litra wody wydobytej z rzeki Hudson. Tylko eDNA nie jest bielone na biało. Jest brudno-brązowy.
A dla zwierząt, które nie są tak hipotetyczne jak Nellie, ten brudnobrązowy materiał stanowi prawdziwą obietnicę. Przejrzyj literaturę naukową, a zobaczysz, że eDNA jest już używany na całym świecie, aby lepiej zrozumieć zachowanie i dynamikę populacji krytycznych gatunków.
Jednym z przykładów jest niedojrzały morświn, który jest niezwykle trudnym przedmiotem badań. Po pierwsze, pozostało mniej niż 1050 zwierząt, co nadaje temu gatunkowi status krytycznie zagrożony przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody. Co więcej, morświny (jak sugeruje ich nazwa) nie mają płetwy grzbietowej, co oznacza, że ledwo pękają na powierzchni, gdy zbliżają się do oddychania, a ich skóra ma ten sam ciemnoszary odcień jak wody, w których żyją.
„Mogę szczerze powiedzieć, że nigdy nie widziałem takiego na wolności” - mówi Kathryn Stewart, biolog z Instytutu Różnorodności Biologicznej i Dynamiki Ekosystemów Uniwersytetu w Amsterdamie. Ale dzięki eDNA nie powstrzymuje to Stewarta przed badaniem tego tajemniczego gatunku. „Korzystając z eDNA, jesteśmy w stanie obniżyć koszty i czas potrzebne do kompleksowego i dokładnego pobierania próbek, co zawsze stanowi problem w pracach konserwatorskich, szczególnie w krajach rozwijających się, w których priorytety i pieniądze są często niskie”, mówi.
Ostatecznie celem jest ustalenie, jakie czynniki najbardziej przyczyniają się do spadku morświna - i to szybko. Według IUCN gatunek jest na „bardzo wysokim” ryzyku wyginięcia w ciągu zaledwie trzech następnych pokoleń. „Tamy, sieci skrzelowe i zwiększony ruch łodzi wydają się być dobrym zakładem, ale biorąc pod uwagę, jak trudne są zwierzęta, to jest to prawie niemożliwe jest ustalenie, gdzie znajdują się ostatnie gatunki tego gatunku i co sprawia, że obszary te są bardziej nadające się do zamieszkania niż rozległe odcinki rzeki, w których żyły ssaki morskie.
Teraz Stewart pracuje nad opracowaniem sposobów, aby eDNA nie tylko ujawniało, czy gatunek jest obecny, czy nieobecny, ale także to, jak bogaty może być ten gatunek na danym odcinku wody. Wyniki te mogą być następnie skorelowane z innymi informacjami - na przykład obecnością niektórych gatunków drapieżnych lub bliskością obszarów gęsto zamieszkałych przez ludzi - w celu ustalenia warunków, które morświn nieokreślony najlepiej toleruje.
„Oczywiście jest wiele pracochłonnych prac związanych z optymalizacją technik eDNA dla różnych gatunków i środowisk”, mówi Stewart, „ale w przeważającej części jest to ogromny krok naprzód - rewolucja, jeśli chcesz - dla biologii ochrony przyrody”.
Choć rzeka Hudson w Nowym Jorku może nie wydawać się bastionem różnorodności biologicznej, jest to szczególnie interesujący i wymagający ekosystem dla badaczy eDNA. (Gavin Hellier / Alamy) DNA jest cząsteczką kontrastów. Pod pewnymi względami jest imponująco odporny na przetrwanie setki tysięcy lat pochowanych w litej skale lub w temperaturach wrzenia bliskich głębokich otworów hydrotermalnych (chociaż nie, fani Parku Jurajskiego, prawdopodobnie nie przetrwają w owadach otoczonych bursztynem przez miliony lat). Innymi słowy, jest wyjątkowo delikatny: DNA może zostać rozbite przez światło słoneczne, turbulencje wody i niektóre chemikalia.
Ale kiedy dojdziesz do tego, która jakość wygrywa?
Na to pytanie Stoeckle z Uniwersytetu Rockefellera i jego koledzy postanowili odpowiedzieć w zeszłym roku. Zespół spędził sześć miesięcy na zbieraniu cotygodniowych próbek wody z dwóch rzek w Nowym Jorku, aby zobaczyć, co eDNA może powiedzieć nam o żyjących tam gatunkach ryb. Wielkie Jabłko może nie wydawać się najbardziej jednym z najbardziej dziewiczych lub kolorowych siedlisk wodnych na Ziemi, ale Stoeckle twierdzi, że zbieżność całej wody słodkiej i słonej stanowi szczególnie interesujący i wymagający obszar badań do testów eDNA.
Stoeckle chciał wiedzieć: czy DNA jest tak solidne, że pobranie próbek z portu zwróci zawrotną liczbę gatunków z górskich rzek i brzegów rzek do przybrzeżnych ujść rzek, otwartego oceanu i głębokiego morza? A może DNA było tak delikatne, że zniknęło lub uległo degradacji, zanim mogliśmy je zebrać i przeanalizować? Jak się okazuje, odpowiedź leży pomiędzy.
„Nie tylko znaleźliśmy odpowiednie gatunki ryb, ale znaleźliśmy je we właściwym czasie”, mówi Stoeckle. „Zimą, kiedy rybacy powiedzą, że nie warto wkładać liny do wody, otrzymujemy bardzo mało eDNA dla ryb lub nie ma go wcale. Następnie, począwszy od kwietnia i maja, odzyskujemy DNA ryb w sposób ciągły aż do połowy lata, kiedy w przeciętnej próbce jest 10–15 gatunków. ”
Innymi słowy, ustalenia Stoeckle, opublikowane w czasopiśmie PLOSONE w kwietniu, potwierdziły to, co już wiedzieliśmy o migracji ryb w nowojorskich portach: na przykład, że okoń morski wypływa zimą z brzegu i wiosną wraca do portu.
I to jest kluczowe. Chociaż badanie prawdopodobnie zyskałoby o wiele więcej nagłówków, gdyby znaleźli aligatora DNA wyciekające z kanałów (lub Nessie!), Wyniki te są o wiele ważniejsze, ponieważ są oczekiwane. Dzieje się tak, ponieważ eDNA jest wciąż stosunkowo nowym narzędziem, a jeśli będzie traktowane poważnie, należy je skalibrować w oparciu o wiarygodne dane zebrane z metod, które pewnego dnia może zastąpić.
Ale może największa obietnica oferowana przez eDNA? Potencjał naukowców do prowadzenia szalonych badań naukowych w szalonych i tanich cenach.
Widok na East River w Nowym Jorku, jedno z miejsc zbiórki Stoeckle. (Mark Stoeckle) Większość tego, co wiemy o migracji ryb, pochodzi z zrzucania ton sieci i wybierania tego, co się pojawia, lub z pingów słonecznych, aby stworzyć migawkę tego, co dzieje się poniżej. W mniejszych strumieniach i rzekach naukowcy mogą używać naelektryzowanych różdżek do ogłuszania ryb i innych stworzeń wodnych, co pozwala im przeprowadzać stosunkowo dokładne badania nawet najbardziej podstępnych stworzeń. Ale wszystkie te metody wymagają dwóch rzeczy w dużej ilości: czasu i pieniędzy.
„Każdy, kto prowadzi badania życia morskiego, chciałby zwiększyć częstotliwość i gęstość pobierania próbek”, mówi Jesse Ausubel, jeden z założycieli i liderów spisu życia morskiego. Ale Ausubel twierdzi, że wynajęcie statku może kosztować od 10 000 do 150 000 USD dziennie, co poważnie ogranicza liczbę przypadków, w których naukowcy mogą sobie pozwolić na zrzucenie sieci lub włączenie urządzeń sonarowych.
„Rezultatem jest ogromna luka w tym, co wiemy”, mówi Ausubel, który jest także dyrektorem Programu Rockefellera na rzecz środowiska ludzkiego, w którym kieruje grupą, do której należy Stoeckle.
Na szczęście ostatnie postępy w technologii sekwencjonowania DNA obniżyły koszty związane z testami eDNA do około 50 USD za próbkę. Oznacza to, że naukowcy mogą zbierać próbki i przeprowadzać ankiety znacznie częściej, niż byliby w stanie sobie pozwolić przy użyciu tradycyjnych metod monitorowania. I w przeciwieństwie do identyfikowania gatunku na podstawie jego cech fizycznych - podstępnej umiejętności, która wymaga dużego doświadczenia i wciąż może generować fałszywe dane - próbki eDNA mogą być stosunkowo łatwo zebrane przez każdego, kto ma trochę treningu i sterylny pojemnik.
Wreszcie, w przeciwieństwie do trałowania, sonaru lub połowów elektrycznych, pobieranie próbek eDNA jest praktycznie bez wpływu. To sprawia, że technika ta jest szczególnie atrakcyjna do badania gatunków, które są już na linach. Dla Stewart jest to jedna z najlepszych rzeczy na temat korzystania z eDNA: Pozwala ona zadawać pytania dotyczące morświnów Jangcy bez zwiększania ruchu łodzi w ich siedliskach.
Stewart wskazuje, że eDNA może być szczególnie ważne dla krajów rozwijających się, ponieważ często mają one wysoki poziom endemizmu i zwiększone ryzyko utraty gatunków, a jednocześnie mają mniej zasobów do inwestowania w ochronę. „Chcemy chronić jak najwięcej różnorodności biologicznej, ale w rzeczywistości musimy podejmować trudne decyzje dotyczące tego, gdzie i jak sfinansować ochronę środowiska” - mówi. Dzięki eDNA możemy sprawić, że te ograniczone fundusze pójdą jeszcze dalej.
Ponadto, oprócz ochrony znanych zwierząt, eDNA może również pomóc biologom odkryć ukryte gatunki pływające pod naszymi nosami. David Lodge, biolog z Cornell University i dyrektor Atkinson Center for a Sustainable Future, wskazuje na potencjał zastosowania tej techniki w ekosystemach, takich jak masywne, ale mało poszukiwane jezioro Tanganika w Afryce. Podczas gdy naukowcy wiedzą, że w jeziorze roi się od różnych ryb pielęgnicowych, prawdopodobnie wiele gatunków wciąż pozostaje nieodkrytych.
„Wierzymy, że odkryjemy mroczną różnorodność - gatunki, które nigdy nie zostały opisane”, powiedział Lodge podczas szczytu optymizmu Ziemi Smithsona, zgromadzenia dbających o ochronę obywateli, naukowców i aktywistów na początku tego miesiąca.
Według Stoeckle ostrygowa ropucha, „uroczo brzydki” gatunek powszechnie spotykany w portach Nowego Jorku. (barrislandnaturalist) Tymczasem tacy jak Gemmell budzą zainteresowanie tym pomysłem. Gemmell mówi, że po kilku tweetach na temat używania eDNA do szukania Nessie, bardziej interesował się prawdziwą pracą eDNA, którą wykonuje w Nowej Zelandii w ciągu ostatnich dwóch tygodni, niż widział dwa lata sumiennego zbierania i testowania próbek wody.
Nawiasem mówiąc, ta prawdziwa praca eDNA polega na użyciu eDNA do wykrywania inwazyjnych wodorostów morskich i osłonic, zanim zdołają się uchwycić na drogach wodnych Nowej Zelandii. W tej chwili naprawdę zdajemy sobie sprawę z istnienia takich stworzeń dopiero wtedy, gdy je złapią. Ale jeśli rutynowe testy eDNA na drogach wodnych ujawnią obecność takich stworzeń wystarczająco wcześnie, możemy być w stanie rozpocząć ofensywę, wykorzeniając inwazje na krótko przed ich rozpoczęciem.
Niestety, szkockie polowanie na potwory prawdopodobnie będzie musiało poczekać, aż ktoś będzie chciał zebrać fundusze. Ale Stoeckle mówi, że podoba mu się ten pomysł, i nie widzi żadnych technicznych ograniczeń, dlaczego to nie zadziałałoby. „Jedynym problemem - mówi Stoeckle - jest to, czy potwór z Loch Ness rzeczywiście istnieje”.
A jeśli nie? Jest to problem, którego nie potrafią rozwiązać nawet naukowcy posługujący się eDNA.
