Se for deg å studere dyr uten å se dem. Høres det latterlig ut? For mennesker som oss, som først ble interessert i biologi fordi vi elsker dyr og liker å studere dem, ja, det høres ut som en dårlig avtale. Likevel, hvis du tenker på hva rettsmedisinske etterforskere gjør når de søker DNA-bevis på et forbrytelsessted, eller hva leger gjør når de oppdager et patogen i pasientens blod, er det akkurat det: de oppdager livsformer uten å se dem.
Relatert innhold
- Den virkelige vitenskapen bak Megalodon
DNA er livets blåtrykk. Den er til stede i praktisk talt alle organismer på jorden, og vi studerer den vanligvis ved å trekke den ut fra et stykke vev eller en blodprøve. Men DNA er egentlig overalt: dyr kaster det hele tiden, når de klør seg selv, når de slipper urin, egg, spytt, ekskrementer og, selvfølgelig, når de dør. Hvert miljø, fra sengen til de dypeste fordypningene i havene, er fullt av "biologisk støv", for det meste cellulært materiale, som inneholder DNA fra organismer som etterlot det. Dette kaller vi "miljø-DNA" eller eDNA.
Assistert av stadig raskere, nøyaktig og rimelig teknologi, har forskere begynt de siste årene å sekvensere dette sporet DNA fra mange miljøer. Og denne "mikro" -tilnærmingen har til og med vist seg å være nyttig for forskere som undersøker miljøer like store som verdenshavene.
Judith svømmer med en hammerhead på Bahamas: haier er vanskelig å kartlegge og spore ettersom havet er så stort. (Nicolo Roccatagliata, forfatter gitt) Mange marine dyr er store, sjeldne, unnvikende og svært mobile. Haier er et åpenbart eksempel: i verdenshavene utgjør de en liten andel av biomassen, de fleste av dem er ganske vanskelige å fange, og de har vært i konflikt med mennesker siden vi begynte å våge til sjøs. Med noen få unntak unngår de oss, og på grunn av oss har mange blitt utrydningstruet.
Dette er grunnen til at vi trodde det ville være interessant å se om vi bare kunne ta noen flasker med havvann (og DNA-fragmentene deri) raskt kunne kartlegge tilstedeværelse og distribusjon av haier uten å delta i ville jager eller bruke tid og ressurs- intensive fangstmetoder for haier. Vi var glade for å finne ut at dette faktisk var mulig, og at forskjellige arter kunne oppdages i forskjellige geografiske regioner, selv om områdene som hadde blitt mer påvirket av mennesker, ville ha en liten tilstedeværelse av haier.
Stefano-prøvetaking i Belize (Judith Bakker, forfatter gitt) Men det virkelige målet på effektiviteten til denne eDNA-tilnærmingen til haiovervåkning vil bare bli avslørt når det står i kontrast til etablerte, velprøvde og metodiske metoder, for eksempel dykking av visuelle folketellinger eller agnende kameraopptak under agn.
Dette var i fokus for vår siste studie, utført med kolleger med base i den sørlige Stillehavsskærgården i Ny-Caledonia, Frankrike, Australia og USA, og nå publisert i tidsskriftet Science Advances . Resultatene var veldig spennende: 22 vannprøver samlet i løpet av noen få uker oppdaget flere haier enn hundrevis av agnte observasjons kameraobservasjoner over to år, og tusenvis av dykkedykker i løpet av tiår. Nesten halvparten av artene som er påvist gjennom miljø-DNA, ble overhodet ikke funnet ved bruk av tradisjonelle metoder. Og mens eDNA kunne oppdage tilstedeværelsen av noen haier i omtrent 90 prosent av prøvene, kunne undervannskameraer bare klare litt over 50 prosent, og dykking rundt 15 prosent.
Ny-Caledonia: bare 22 eDNA-vannprøver (røde stjerner) oppdaget flere haier enn mange kameraopptak (blå) eller dykkedyr (grønn). (Boussarie & Bakker et al (2018)) Interessant nok overgikk eDNA de andre metodene i både uberørte og påvirkede områder. En rekke haiarter ble påvist selv i travle, bråkete og utarmede områder, der de antas å være utryddet. Dette antyder at noe "mørkt mangfold" fortsatt kan være til stede, i form av resterende individer og grupper som trenger beskyttelse. På samme måte kan eDNA hjelpe ved å avsløre utseendet til nyetablerte, fremmede arter som utvider rekkevidden. Alt dette er gode nyheter for alle, og det er derfor.
Med tanke på hastigheten og effektiviteten til prøvetaking av eDNA, kan en mye større del av sjøen screenes, på kortere tid, for å samle en oversikt over mønstrene i mangfoldet over store områder og naturtyper, langs forskjellige miljøgradienter, og til forskjellige tider. Potensielt kan vi raskt bygge kart over artsmangfold og bruke dem til å lage prediktive modeller og identifisere faktorene som påvirker mangfoldet, mens det utvikles metoder for å forbedre det kvantitative aspektet ved eDNA-påvisning, også hos andre karismatiske arter. Alt dette vil være til stor hjelp for de som må utarbeide planer for å beskytte viktige naturtyper og økosystemer.
Miljø-DNA-vitenskap utvikler seg fortsatt raskt. Databasene som vi bruker for å matche de ukjente sekvensene hentet fra havet, må anrikes med nye DNA-referanser av mange eksisterende arter - hver e-DNA-undersøkelse til dags dato har oppdaget store mengder sekvenser som ikke kunne matches med noen referanse. En betydelig andel av disse tilhører organismer som ennå ikke er beskrevet av forskere.
De "DNA-sonder" som er tilgjengelige for øyeblikket, må bli lengre, siden korte sekvenser noen ganger ikke klarer å skille nærbeslektede arter. For eksempel delte blacktip-haien noen identiske sekvenser med den grå revhaien langs DNA-strekningen som ble brukt i vår studie. Likevel antyder alle de første indikasjonene at denne tilnærmingen kan gi oss et skritt nærmere forståelse og bedre håndtering av det største økosystemet på jorden.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
Stefano Mariani, styreleder i konserveringsgenetikk, University of Salford
Judith Bakker, stipendiat, miljø- og livsvitenskap, University of Salford
