Wyobraź sobie, że studiujesz zwierzęta bez ich oglądania. Czy to brzmi niedorzecznie? Dla ludzi takich jak my, którzy po raz pierwszy zainteresowali się biologią, ponieważ kochamy zwierzęta i lubimy je badać, tak, to brzmi jak kiepski interes. Jeśli jednak pomyślisz o tym, co robią śledczy, gdy szukają dowodów DNA na miejscu zbrodni, lub co robią lekarze, gdy wykryją patogen we krwi pacjenta, to dokładnie tak: wykrywają formy życia, nie widząc ich.
powiązana zawartość
- Prawdziwa nauka za megalodonem
DNA jest niebieskim nadrukiem życia. Jest obecny w praktycznie każdym organizmie na Ziemi i zwykle badamy go, pobierając go z kawałka tkanki lub próbki krwi. Ale DNA jest naprawdę wszędzie: zwierzęta zrzucają go nieustannie, gdy się drapią, kiedy uwalniają mocz, jaja, ślinę, odchody i, oczywiście, kiedy umierają. Każde środowisko, od łóżka do najgłębszych zakątków oceanów, jest pełne „pyłu biologicznego”, głównie materiału komórkowego, który zawiera DNA organizmów, które go opuściły. Nazywamy to „środowiskowym DNA” lub eDNA.
Przy pomocy coraz szybszej, dokładniejszej i niedrogiej technologii naukowcy rozpoczęli w ostatnich latach sekwencjonowanie tego śladowego DNA z wielu środowisk. To „mikro” podejście okazało się nawet przydatne dla naukowców badających środowiska tak rozległe jak oceany.
Judith pływa młotkiem na Bahamach: rekiny są trudne do zbadania i śledzenia, ponieważ ocean jest tak ogromny. (Nicolo Roccatagliata, autor pod warunkiem) Wiele zwierząt morskich jest dużych, rzadkich, nieuchwytnych i wysoce ruchliwych. Rekiny są oczywistym przykładem: w oceanach stanowią niewielką część biomasy, większość z nich jest dość trudna do złapania, a od czasu, gdy zaczęliśmy zapuszczać się na morze, byli w konflikcie z ludźmi. Z kilkoma wyjątkami unikają nas i wielu z nas jest zagrożonych wyginięciem.
Właśnie dlatego pomyśleliśmy, że byłoby interesujące zobaczyć, czy po prostu pobierając próbki kilku butelek wody oceanicznej (i fragmentów DNA w niej) możemy szybko zmapować obecność i dystrybucję rekinów, nie angażując się w dzikie pościgi ani nie angażując czasu i zasobów metody intensywnego połowu rekinów. Z radością dowiedzieliśmy się, że rzeczywiście było to możliwe i że różne gatunki można było wykryć w różnych regionach geograficznych, chociaż obszary bardziej dotknięte przez ludzi wykazywałyby niewielką obecność rekinów.
Próbkowanie Stefano w Belize (Judith Bakker, autor pod warunkiem) Ale prawdziwa miara skuteczności tego podejścia eDNA do monitorowania rekinów zostałaby ujawniona tylko w porównaniu z ustalonymi, wypróbowanymi i przetestowanymi metodologiami, takimi jak spisy wizualne nurkowania z akwalungiem lub nagrania z podwodną kamerą.
Na tym koncentrowały się nasze najnowsze badania przeprowadzone z kolegami z archipelagu Południowego Pacyfiku w Nowej Kaledonii, Francji, Australii i Stanach Zjednoczonych, a teraz opublikowane w czasopiśmie Science Advances . Wyniki były bardzo ekscytujące: 22 próbki wody pobrane w ciągu kilku tygodni wykryły więcej rekinów niż setki obserwacji podwodnych kamer w ciągu dwóch lat i tysiące nurkowań w ciągu dziesięcioleci. Niemal połowa gatunków wykrytych przez DNA środowiskowe w ogóle nie została znaleziona przy użyciu tradycyjnych metod. I chociaż eDNA może wykryć obecność niektórych rekinów w około 90 procentach próbek, podwodne kamery potrafią poradzić sobie tylko z nieco ponad 50 procentami, a nurkowanie z akwalungiem około 15 procent.
Nowa Kaledonia: zaledwie 22 próbki wody eDNA (czerwone gwiazdy) wykryły więcej rekinów niż liczne nagrania z kamery (niebieskie) lub nurkowania (zielone). (Boussarie & Bakker i in. (2018)) Co ciekawe, eDNA przewyższał inne metody zarówno w dziewiczych, jak i dotkniętych obszarach. Wiele gatunków rekinów wykryto nawet w ruchliwych, hałaśliwych i zubożałych obszarach, gdzie uważano je za eksterminowane. Sugeruje to, że pewna „ciemna różnorodność” może być nadal obecna, w postaci pozostałości jednostek i grup wymagających ochrony. Podobnie eDNA może pomóc, ujawniając wygląd nowo powstałych obcych gatunków, które poszerzają swój zasięg. Wszystko to jest dobra wiadomość dla wszystkich i dlatego.
Biorąc pod uwagę szybkość i wydajność próbkowania eDNA, znacznie większa część morza może zostać poddana badaniu przesiewowemu w krótszym czasie, aby zebrać przegląd wzorców różnorodności na dużych obszarach i siedliskach, wzdłuż różnych gradientów środowiska i w różnych momentach. Potencjalnie moglibyśmy szybko budować mapy różnorodności gatunków i wykorzystywać je do tworzenia modeli predykcyjnych i identyfikowania czynników wpływających na różnorodność, podczas gdy opracowywane są metody poprawy ilościowego aspektu wykrywania eDNA, również u innych gatunków charyzmatycznych. Wszystko to będzie bardzo pomocne dla tych, którzy muszą opracować plany ochrony kluczowych siedlisk i ekosystemów.
Nauka o środowisku DNA wciąż szybko się rozwija. Bazy danych, których używamy do dopasowywania nieznanych sekwencji wydobytych z morza, muszą zostać wzbogacone o nowe referencje DNA wielu istniejących gatunków - każde dotychczasowe badanie eDNA na wielu gatunkach wykryło duże ilości sekwencji, których nie można dopasować do żadnej referencji. Znaczna ich część należy do organizmów, które naukowcy jeszcze nie opisali.
Obecnie dostępne „sondy DNA” będą musiały stać się dłuższe, ponieważ krótkie sekwencje mogą czasami nie rozróżnić blisko spokrewnionych gatunków. Na przykład rekin blacktip miał kilka identycznych sekwencji z szarym rekinem rafowym wzdłuż odcinka DNA zastosowanego w naszych badaniach. Niemniej jednak wszystkie wstępne wskazówki sugerują, że takie podejście może przybliżyć nas do zrozumienia i lepszego zarządzania największym ekosystemem na Ziemi.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Stefano Mariani, Katedra Ochrony Genetyki, University of Salford
Judith Bakker, pracownik naukowy, środowisko i nauki przyrodnicze, University of Salford
