Φανταστείτε να μελετάτε τα ζώα χωρίς να τα βλέπετε. Μήπως αυτό ακούγεται γελοίο; Για ανθρώπους σαν εμάς, που αρχικά ενδιαφέρονται για τη βιολογία επειδή αγαπάμε τα ζώα και απολαμβάνουμε να τις μελετήσουμε, ναι, ακούγεται σαν μια κακή συμφωνία. Ωστόσο, αν σκεφτείτε τι κάνουν οι εγκληματολογικοί ερευνητές όταν αναζητούν αποδεικτικά στοιχεία DNA σε μια περιοχή εγκλήματος ή τι κάνουν οι γιατροί όταν ανιχνεύουν ένα παθογόνο στο αίμα ενός ασθενούς, είναι ακριβώς ότι: ανιχνεύουν μορφές ζωής χωρίς να τις δουν.
σχετικό περιεχόμενο
- Η πραγματική επιστήμη πίσω από το Μεγαλόδονο
Το DNA είναι μπλε εκτύπωση της ζωής. Είναι παρούσα σε σχεδόν κάθε οργανισμό στη Γη και συνήθως το μελετάμε με την εξαγωγή του από ένα κομμάτι ιστού ή ένα δείγμα αίματος. Όμως, το DNA είναι πραγματικά παντού: τα ζώα το ρίχνουν συνεχώς, όταν αυτοί γρατζουνίζουν, όταν απελευθερώνουν ούρα, αυγά, σάλιο, περιττώματα και, φυσικά, όταν πεθαίνουν. Κάθε περιβάλλον, από το κρεβάτι σας μέχρι τις βαθύτερες εσοχές των ωκεανών, είναι γεμάτο από "βιολογική σκόνη", κυρίως κυτταρικό υλικό, το οποίο περιέχει το DNA των οργανισμών που τον άφησαν πίσω. Αυτό το αποκαλούμε "περιβαλλοντικό DNA" ή eDNA.
Υποστηριζόμενοι από την όλο και πιο γρήγορη, ακριβή και οικονομικά προσιτή τεχνολογία, οι επιστήμονες έχουν ξεκινήσει, τα τελευταία χρόνια, να ακολουθήσουν αυτό το ίχνος DNA από πολλά περιβάλλοντα. Και αυτή η προσέγγιση "μικρο" έχει αποδειχθεί ακόμη χρήσιμη για τους επιστήμονες που ερευνούν περιβάλλοντα τόσο μεγάλα όσο οι ωκεανοί.
Ο Judith κολυμπούν με ένα σφυρί στις Μπαχάμες: οι καρχαρίες είναι δύσκολο να ερευνήσουν και να παρακολουθήσουν, καθώς ο ωκεανός είναι τόσο απέραντος. (Nicolo Roccatagliata, συντάκτης) Πολλά θαλάσσια ζώα είναι μεγάλα, σπάνια, ευαίσθητα και εξαιρετικά κινητά. Οι καρχαρίες είναι ένα προφανές παράδειγμα: στους ωκεανούς σχηματίζουν ένα μικρό ποσοστό της βιομάζας, οι περισσότεροι από αυτούς είναι αρκετά δύσκολο να αλιευθούν και έρχονται σε σύγκρουση με τους ανθρώπους από τότε που ξεκινήσαμε να αποδυθούμε στη θάλασσα. Με λίγες εξαιρέσεις, μας αποφεύγουν και εξαιτίας μας πολλοί έχουν απειληθεί με εξαφάνιση.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πιστεύαμε ότι θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε αν, με τη δειγματοληψία μερικών φιαλών ωκεάνιου ύδατος (και των θραυσμάτων του DNA), θα μπορούσαμε να καταγράψουμε με ταχύτητα την παρουσία και τη διανομή του καρχαρία χωρίς να ασχολούμαστε με άγριες καταδιώξεις ή να χρησιμοποιούμε χρόνο και πόρους, εντατικές μεθόδους αλιείας καρχαρία. Ήμασταν ευτυχείς να διαπιστώσουμε ότι πράγματι αυτό ήταν δυνατό και ότι διαφορετικά είδη μπορούσαν να εντοπιστούν σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, αν και οι περιοχές που είχαν πληγεί περισσότερο από τους ανθρώπους θα έδειχναν ελάχιστη παρουσία καρχαριών.
Η δειγματοληψία Stefano στο Μπελίζ (Judith Bakker, συντάκτης) Αλλά το πραγματικό μέτρο της αποτελεσματικότητας αυτής της προσέγγισης του eDNA για την παρακολούθηση του καρχαρία θα μπορούσε να αποκαλυφθεί μόνο αν αντιπαραβληθεί με τις καθιερωμένες, δοκιμασμένες και μελετημένες μεθοδολογίες, όπως οι οπτικές απογραφές με καταδύσεις ή τις καταγεγραμμένες υποβρύχιες καταγραφές κάμερας.
Αυτό ήταν το επίκεντρο της πιο πρόσφατης μελέτης μας, η οποία διεξήχθη με συναδέλφους που εδρεύουν στο αρχιπέλαγος Νέας Καληδονίας, τη Γαλλία, την Αυστραλία και τις ΗΠΑ στο Νότιο Ειρηνικό και τώρα δημοσιεύονται στο περιοδικό Science Advances . Τα αποτελέσματα ήταν πολύ συναρπαστικά: 22 δείγματα νερού που συλλέχθηκαν σε λίγες εβδομάδες ανίχνευαν περισσότερους καρχαρίες από εκατοντάδες παρατηρημένες υποβρύχιες παρατηρήσεις κάμερας σε διάστημα δύο ετών και χιλιάδες καταδύσεις κατά τη διάρκεια μιας δεκαετίας. Σχεδόν το ήμισυ των ειδών που εντοπίστηκαν μέσω του DNA του περιβάλλοντος δεν μπορούσε να βρεθεί καθόλου με παραδοσιακές μεθόδους. Και ενώ το eDNA θα μπορούσε να ανιχνεύσει την παρουσία κάποιων καρχαριών σε περίπου 90 τοις εκατό των δειγμάτων, οι υποβρύχιες κάμερες θα μπορούσαν να διαχειριστούν μόνο πάνω από το 50 τοις εκατό και η κατάδυση γύρω στο 15 τοις εκατό.
Νέα Καληδονία: μόλις 22 δείγματα νερού eDNA (κόκκινα αστέρια) ανίχνευσαν περισσότερους καρχαρίες από πολλές καταγραφές κάμερας (μπλε) ή καταδύσεις (πράσινες). (Boussarie & Bakker et αϊ (2018)) Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι το eDNA ξεπέρασε τις άλλες μεθόδους τόσο στις παρθένες όσο και στις επιπτώσεις. Μια ποικιλία ειδών καρχαρία ανιχνεύθηκε ακόμη και σε πολυάσχολες, θορυβώδεις και εξαντλημένες περιοχές, όπου θεωρήθηκε ότι έχουν εξαφανιστεί. Αυτό υποδηλώνει ότι κάποια "σκοτεινή ποικιλομορφία" μπορεί να εξακολουθεί να υπάρχει, με τη μορφή υπολειμμάτων ατόμων και ομάδων που απαιτούν προστασία. Ομοίως, το eDNA μπορεί να βοηθήσει στην αποκάλυψη της εμφάνισης νεοσύστατων ξένων ειδών που επεκτείνουν το φάσμα τους. Όλα αυτά είναι καλά νέα για όλους, και αυτός είναι ο λόγος.
Δεδομένης της ταχύτητας και της αποτελεσματικότητας της δειγματοληψίας του eDNA, ένα πολύ μεγαλύτερο τμήμα της θάλασσας μπορεί να εξεταστεί σε μικρότερο χρονικό διάστημα για να συγκεντρωθεί μια γενική εικόνα των μορφών ποικιλότητας σε μεγάλες περιοχές και ενδιαιτήματα, σε διάφορες περιβαλλοντικές κλίσεις και σε διαφορετικούς χρόνους. Δυνητικά, θα μπορούσαμε να χτίσουμε γρήγορα χάρτες της ποικιλότητας των ειδών και να τις χρησιμοποιήσουμε για να δημιουργήσουμε πρότυπα πρότυπα και να προσδιορίσουμε τους παράγοντες που επηρεάζουν την ποικιλομορφία, ενώ αναπτύσσονται μέθοδοι για τη βελτίωση της ποσοτικής πλευράς της ανίχνευσης eDNA, επίσης σε άλλα χαρισματικά είδη. Όλα αυτά θα βοηθήσουν πολύ εκείνους που πρέπει να σχεδιάσουν σχέδια για την προστασία κρίσιμων ενδιαιτημάτων και οικοσυστημάτων.
Η περιβαλλοντική επιστήμη του DNA αναπτύσσεται ταχύτατα. Οι βάσεις δεδομένων που χρησιμοποιούμε για την αντιστοίχιση των άγνωστων ακολουθιών που ανακτήθηκαν από τη θάλασσα πρέπει να εμπλουτιστούν με νέες αναφορές DNA πολλών υπαρχόντων ειδών - κάθε μελέτη πολλαπλών ειδών eDNA έως σήμερα έχει εντοπίσει μεγάλες ποσότητες ακολουθιών που δεν μπορούσαν να συνδυαστούν με οποιαδήποτε αναφορά. Ένα σημαντικό ποσοστό αυτών ανήκει σε οργανισμούς που δεν έχουν ακόμη περιγραφεί από επιστήμονες.
Οι "ανιχνευτές ϋΝΑ" που είναι επί του παρόντος διαθέσιμοι θα πρέπει να γίνουν μεγαλύτεροι, καθώς σύντομες ακολουθίες μπορεί μερικές φορές να αποτύχουν να διακρίνουν στενά συγγενικά είδη. Για παράδειγμα, ο μαύρος καρχαρία μοιράστηκε μερικές ταυτόσημες ακολουθίες με τον γκρίζο καρχαρία ύφαλο κατά μήκος της έκτασης DNA που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη μας. Παρ 'όλα αυτά, όλες οι αρχικές ενδείξεις δείχνουν ότι η προσέγγιση αυτή μπορεί να μας κάνει ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση και την καλύτερη διαχείριση του μεγαλύτερου οικοσυστήματος στη Γη.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
Στέφανο Μαριανί, Πρόεδρος της Γενετικής Διατήρησης, Πανεπιστήμιο του Salford
Judith Bakker, Ερευνητής, Περιβάλλον & Επιστήμες Ζωής, Πανεπιστήμιο Salford
