Μέσα από δροσερή ομίχλη και μαύρο βράχο από λάβα, ο βοτανολόγος Vicki Funk κόβει ένα στέλεχος από ένα κίτρινο ανθισμένο φυτό της Χαβάης που ονομάζεται «ilima ( Sida fallax ). «Όταν η λάβα βγαίνει στον ωκεανό, αυτό είναι που αποικίζει νέα νησιά», εξηγεί.
σχετικό περιεχόμενο
- Ποια έρευνα γονιδιώματος μπορεί να μας πει για τη βιοποικιλότητα της Γης
Ο Funk, ερευνητής στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian, απέχει πολύ από τη Χαβάη. Αντίθετα, είναι σε ένα δωμάτιο στο γυάλινο θερμοκήπιο των ΗΠΑ στο Βοτανικό Κήπο στην Ουάσινγκτον, DC Αφού γρήγορα χτύπησε το στέλεχος σε ένα καθαρό φύλλο λεπτού χαρτιού, η Funk το προσθέτει στο αρκτοειδές αρχείο των συμπιεσμένων φυτών. Το καθένα διατηρείται ανάμεσα σε χαρτί και χαρτόνι, με ξύλινες σχάρες και συνδέεται με λαμπερούς πορτοκαλί ιμάντες. Εν τω μεταξύ, οι ασκούμενοι γυμνασίου και κολλεγίου στο εργαστήριό τους κόβουν ένα δείγμα ιστού από το ίδιο φυτό και το κολλάω γρήγορα σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα που φυλάσσεται σε ένα δοχείο αέριου υγρού αζώτου. Για το 'ilima, η ταχύτητα είναι η ουσία. "Το DNA αρχίζει να υποβαθμίζεται σχεδόν αμέσως", εξηγεί ο Funk.
Την Τετάρτη, η Funk και η ομάδα της μετακόμισαν γύρω από τον κήπο λαμβάνοντας δείγματα από άλλα φυτά, όπως ένα δέντρο κακάο, αλόη νιφάδα χιονιού και ένα φυτό μυρμήγκι, μεταξύ άλλων. Η δουλειά της είναι μέρος της Πρωτοβουλίας Παγκόσμιου Γονιδιώματος του Smithsonian (GGI), η οποία ξεκίνησε αυτή την εβδομάδα ένα τεράστιο έργο για το καλοκαιρινό κήπο.
Το Sida fallax ή το ilima ζει σε ένα ηφαιστειογενές βιότοπο βράχου στο θερμοκήπιο του Βοτανικού Κήπου των ΗΠΑ, μακριά από το σπίτι του στη Χαβάη. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) Το GGI ξεκίνησε πριν από δύο χρόνια και σκοπός του είναι να διατηρήσει το ήμισυ της βιοποικιλότητας στον κόσμο σε αποθήκες ανά τον κόσμο. Για να επιτευχθεί αυτό το σκοπό, οι ερευνητές έχουν δειγματοληψία και καταλογογράφηση φυτών, ζώων και εντόμων σε αποστολές πεδίων σε όλο τον κόσμο. "Σκεφτείτε το ως βιολογία διατήρησης του 21ου αιώνα", λέει ο Jon Coddington, ένας εντομολόγος στο μουσείο που επιβλέπει το έργο.
Για τα φυτά, αυτό σημαίνει συγχώνευση του παλιού σχολείου με νέες τεχνικές συλλογής σχολείων. Οι βοτανολόγοι έχουν χρησιμοποιήσει εδώ και καιρό ξύλινα πιεστήρια φυτών για να τεκμηριώσουν τα φύλλα, τα λουλούδια και ακόμη και τις ρίζες τους σε ένα παραδοσιακό δείγμα εραμπαριού Τώρα, με την αναστολή των δειγμάτων ιστών σε σίλικα ζελ και την κατάψυξή τους σε υγρό άζωτο, μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα τα γενετικά μυστικά του φυτού. Τα πιεσμένα δείγματα θα στεγνώσουν για να σκοτώσουν τυχόν αδέσποτα σφάλματα, ενώ τα δείγματα ιστών θα αποθηκευτούν σε γιγάντιους κρυογονικούς θαλάμους στο Κέντρο Υποστήριξης του Μουσείου του Ινστιτούτου στο Suitland, Maryland.
Τα πιεσμένα δείγματα του χεριούργου μπορούν μόνο να μας πουν για τα φυτά επειδή το DNA τους υποβαθμίζεται με την πάροδο του χρόνου. Η διατήρηση της γενετικής ενός φυτού ανοίγει ένα πλήθος ερευνητικών δυνατοτήτων, αλλά η πρόσβαση στο υλικό ποιότητας του γονιδιώματος είναι το πιο περιοριστικό βήμα στη γονιδιωματική των φυτών, λέει ο Coddington. Ο καλύτερος τρόπος για να διατηρηθεί το DNA είναι να το παγώσει σε υγρό άζωτο και να το αποθηκεύσετε σε εγκαταστάσεις όπως το κρυογενές αποθετήριο του ιδρύματος - ένα από τα μεγαλύτερα του είδους του.
Δείγματα ιστών από φυτά στο έργο GGI Gardens θα αποθηκευτούν σε τεράστιες κρυογενικές δεξαμενές γεμάτες με υγρό άζωτο. Αυτοί οι καταψύκτες υπο-μηδέν μπορούν να χωρέσουν έως και 4 εκατομμύρια δείγματα. (Donald Ε. Hurlbert, Smithsonian) Οι ερευνητές γνωρίζουν πολλά για τα φυτά που είναι χρήσιμα στον άνθρωπο, αλλά υπάρχουν τεράστια κενά στο φυτικό οικογενειακό δέντρο. Η ταξινόμηση μιας πληθώρας γονιδιωμάτων των φυτών μπορεί να καλύψει αυτά τα κενά. Ευτυχώς, η τεχνολογία για να γίνει αυτό έχει γίνει πολύ φθηνότερη και ταχύτερη την τελευταία δεκαετία. "Χρειάστηκαν δέκα χρόνια για την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος. Τώρα θα μπορούσατε να το κάνετε αυτό σε περίπου μία ώρα », λέει ο John Kress, βοτανολόγος στο μουσείο και ο Υφυπουργός Επιστημών του Smithsonian.
Αυτή τη στιγμή οι ερευνητές έχουν δείγματα γονιδιώματος από περίπου το 3% των φυτικών γενών παγκοσμίως. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, οι ομάδες πεδίου - μόνο συλλέγοντας σε κήπους και πάρκα στην περιοχή Ουάσιγκτον, DC, θα προσπαθήσουν να δοκιμάσουν τις μισές από τις φυτικές οικογένειες του κόσμου. Στη συνέχεια, θα πάρουν το έργο στο δρόμο προς άλλους βοτανικούς κήπους. Τα επόμενα δύο χρόνια, οι επιστήμονες ελπίζουν να συγκεντρώσουν δείγματα από τα μισά φυτά που ζουν στη Γη. «Πηγαίνοντας από τρία σε 50 τοις εκατό, αυτή είναι μια τεράστια διαφορά», λέει ο Coddington.
Η ταξινόμηση τόσων φυτών θα απαιτούσε λίγο χρόνο. Προς το παρόν, η GGI θέλει απλώς να πάρει τα δείγματα σε πάγο. Για εύκολη αναγνώριση, θα δημιουργήσουν ένα ράβδο κώδικα DNA για κάθε δείγμα ακολουθώντας δύο γονίδια που διαφέρουν από το ένα φυτό στο άλλο. Τα δείγματα θα διατηρηθούν σε μια ηλεκτρονική βάση δεδομένων και θα είναι διαθέσιμα στους λάτρεις των φυτών και στους ερευνητές ανά τον κόσμο. Προς το παρόν, αυτή η βιβλιοθήκη μπορεί να βοηθήσει στην ταυτοποίηση φυτών σε όλο τον κόσμο, και κάτω από τη γραμμή, οι επιστήμονες μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για την αλληλουχία και μελέτη ολόκληρων γονιδιωμάτων των φυτών.
Ένας βοτανικός κήπος μπορεί να φαίνεται σαν ένας ασυνήθιστος χώρος στον τομέα. Συνήθως, κάποιος φαντάζεται ότι οι βοτανολόγοι περνούν μέσα από τις ζούγκλες και ανεβαίνουν στις κορυφές των βουνών για τη συλλογή σπάνιων και ανεξερεύνητων φυτών. Ο μεταπτυχιακός φοιτητής Funk και botany Morgan Gostel έχει περάσει σε υψηλά υψόμετρα στις Άνδεις για να συλλέξει δείγματα φυτών, μερικές φορές κάμπινγκ έξω κάτω από τις θερμοκρασίες κατάψυξης και μεταφέροντας δεξαμενές υγρού αζώτου σε βουνά. Αυτή η αποστολή του αγώνα τους κρατά πολύ πιο κοντά στο σπίτι, με αποφασιστικά καλύτερες καιρικές συνθήκες και πολλές επιλογές για μεσημεριανό γεύμα. Ωστόσο, "το βρώμικο έργο της συλλογής δεν διαφέρει πραγματικά από αυτό που θα κάνατε στον τομέα", σημειώνει ο Gostel.
Η Sarah Gabler παίρνει ένα δείγμα ιστού από μια τριαντάφυλλο γενιάς του Plymouth ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Οι δοκιμαστικοί σωλήνες είναι τυλιγμένοι σε φύλλο αλουμινίου και πέφτουν σε μια φορητή δεξαμενή υγρού αζώτου. (Βοτανικός Κήπος των ΗΠΑ) 
Η Kristen Van Neste και η Vicki Funk παίζουν ένα ροζ λουλουδάτο δείγμα τριαντάφυλλου γενιάς. Τα φυτά επιλέχθηκαν για δειγματοληπτική εποχιακή ανθοφορία. (Βοτανικός Κήπος των ΗΠΑ) 
Η Funk και η ομάδα της κυνηγούν τα φυτά για να δείξουν στο USBG. (Έλεν Τόμσον) 
Η Vicky Funk κόβει ένα δείγμα σπάνιας αλόης νιφάδα χιονιού ( Aloe rauhii ), η οποία είναι ιθαγενής της Μαδαγασκάρης. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
Ένα δείγμα αλόης νιφάδα χιονιού περιμένει να πεπλατυσθεί στον Τύπο φυτών της Funk. Κατά τη δημιουργία μιας πίεσης, οι ερευνητές προσπαθούν να συμπεριλάβουν τόσα μέρη του φυτού όσο μπορούν από λουλούδια σε ρίζες. (Έλεν Τόμσον) 
Η Sarah Gabler και η Vicki Funk ρίχνουν έναν δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει ένα δείγμα ιστού από ένα φυτό μυρμηγκιών ( Hydnophytum formicarum ) στη δεξαμενή πεδίου υγρού αζώτου. Τα μικρά μυρμήγκια κατοικούν στα στελέχη του φυτού. (Βοτανικός Κήπος των ΗΠΑ) 
Ο επιμελητής φυτών Bill McLaughlin του Αμερικανικού Βοτανικού Κήπου κατέχει ένα σπόρο από ένα κακάο ( Theobroma cacao ), ένα από τα πολλά φυτά που δοκιμάστηκαν κατά την επίδειξη της Τετάρτης. Ορισμένα γονιδιώματα φυτών χρήσιμα στην ανθρώπινη γεωργία, όπως το κακάο, έχουν ήδη αναλυθεί. (James Di Loreto, Ίδρυμα Smithsonian) 
Οι ασκούμενοι (από αριστερά προς τα δεξιά), Sarah Gabler, Asia Hill και Kristen Van Neste βλέπουν όπως η Vicki Funk (άκρα δεξιά) σφίγγει τον φυτικό Τύπο της για να διατηρήσει ένα δείγμα ενός φυτού παλάμης που ονομάζεται φυσαρμόνικα ( Sabatia kennedyuana Fernald ) στον Βοτανικό Κήπο των ΗΠΑ στις 8 Ιουλίου 2015. Η ομάδα πήρε επίσης σημειώσεις και εικόνες για να πάει άλλο με τα πιεσμένα και κατεψυγμένα δείγματα που συγκέντρωσαν. (James Di Loreto, Ίδρυμα Smithsonian) 
Η Sarah Gabler, η Kristen Van Neste, η Vicki Funk, η Asia Hill και η Morgan Gostel κάνουν ένα διάλειμμα από τα φυτά δειγματοληψίας για να αποτελέσουν μια ομαδική φωτογραφία έξω από το θερμοκήπιο του Βοτανικού Κήπου των ΗΠΑ. (James Di Loreto, Ίδρυμα Smithsonian) Λοιπόν, γιατί ο ανορθόδοξος χώρος; Ως μουσεία ζωντανών φυτών, οι κήποι βρίσκονται σε ιδανικό μέρος για να γεμίσουν αυτά τα κενά με καλά τεκμηριωμένα δείγματα που προετοιμάζονται για τη γονιδιωματική αλληλουχία. "Οι βοτανικοί κήποι έχουν τραβήξει συλλογές όπως αυτό, σε μερικές περιπτώσεις, για εκατοντάδες χρόνια, ακόμα και στην αναγέννηση", λέει ο σκηνοθέτης του κήπου Ari Novy. Οι κήποι χρησιμεύουν επίσης ως οργανώσεις ομπρέλας για ομάδες που εμπλέκονται στην ανακάλυψη ειδών. Ορισμένοι φιλοξενούν τράπεζες σπόρων, καθώς και ειδικεύονται σε συγκεκριμένους τύπους φυτών.
Οι ερευνητές μπορούν να μάθουν όλα τα πράγματα από δείγματα σπόρων και ιστών, από τον εντοπισμό χωροκατακτητικών ειδών σε απαντήσεις σε μεγάλες ερωτήσεις σχετικά με την εξέλιξη των φυτών. "Είναι απεριόριστη", σημειώνει ο Félix Forest, ένας φυτικός εξελικτικός βιολόγος στο Kew Royal Botanical Gardens στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ο Kew εργάζεται σε ένα παρόμοιο έργο για τη διατήρηση γενετικών δειγμάτων 25% των ειδών άγριων φυτών έως το 2020.
Το GGI και το Kew αποτελούν μέρος ενός μεγαλύτερου κινήματος για τη διατήρηση της ποικιλομορφίας των φυτών σε βιολογικά αποθέματα, όπως η κρυογονική εγκατάσταση Smithsonian και η θήκη σπόρων προς σπορά της Ανταρκτικής του Svalbard. Έχουν συνεργαστεί με παρόμοιους οργανισμούς για να σχηματίσουν το Δίκτυο για τη Βιοποικιλότητα του Παγκόσμιου Γονιδιώματος (GGBN).
Προς τι η βιασύνη? "Στην ιδανική περίπτωση, θα θέλατε να διατηρήσετε ένα ζωντανό δείγμα, αλλά αυτό γίνεται όλο και λιγότερο εφικτό", λέει ο Coddington. Τον περασμένο μήνα, οι ερευνητές πρότειναν ότι η Γη βρίσκεται ήδη στο μέσο του έκτου μαζικού γεγονότος εξαφάνισης. Με την καταστροφή των οικοτόπων και με πλήθος απειλών που σχετίζονται με την αλλαγή του κλίματος στον ορίζοντα, οι επιστήμονες θέλουν να διατηρήσουν ορισμένα δείγματα ενώ μπορούν ακόμα. "Υπάρχει κάποια επείγουσα ανάγκη", προσθέτει ο Kress.
Η διατήρηση αυτών των γονιδιωμάτων τώρα, μπορεί να μας βοηθήσει να μάθουμε από αυτούς στο μέλλον. Το δάσος συμφωνεί: "Αν έχουμε αυτή τη γενετική ποικιλομορφία που διατηρείται με κάποιο τρόπο, μπορούμε να επιστρέψουμε σε αυτό σε 20 χρόνια." Εκτός από τη μάθηση από το DNA των φυτών, οι ερευνητές θα μπορούσαν ακόμη και να αναστήσουν τα εκλυμένα φυτά. Η ιδέα της επαναφοράς ενός είδους από το θάνατο φυσικά έρχεται με διαμάχη, αλλά ας μην ξεπεράσουμε τον εαυτό μας. Δάσος προειδοποιεί, "Αυτό δεν είναι Jurassic Park-ακόμα. Αλλά η τεχνολογία κινείται τόσο γρήγορα που ποιος ξέρει τι μπορούμε να κάνουμε με ένα σωληνάριο DNA 20 χρόνια από τώρα. "
