Neil Gemmellillä on salainen suunnitelma Nessie the Loch Ness Monsterin sijaintipaikan löytämiseksi.
Asiaan liittyvä sisältö
- Avain elämän suojelemiseen maapallolla saattaa olla sen viivakoodaus
- Pian voisit kertoa, pyydettiinkö akvaariokalasi syanidilla
- Uhanalaiset lajit? Tiede (geneettiseen) pelastamiseen!
- Tutkijat voivat kertoa vedessä olevan DNA: n perusteella, mitkä kalat elävät
Ei, hän todella ajatteli tätä. Jos Lochissa asuu jotain suurta ja outoa, se heikentäisi DNA: ta täynnä soluja kuin mikä tahansa muu. Luultavasti paljon siitä. Ja vaikka meillä ei ole dino-DNA: ta referenssikirjastossa näytteiden tarkistamiseksi, Uuden-Seelannin Otagon yliopiston genomiikan professori Gemmell sanoo, että tiedämme tarpeeksi siitä, miltä sen pitäisi näyttää kertoaksemme, onko olemassa plesiosaurus, joka asuu nykyisessä Skotlannissa.
Tarvitset siis vain tavan selvittää, onko siellä vesipitoisissa syvyyksissä kelluvaa plesiosaurus-DNA: ta. Syötä eDNA. Ei, se ei ole DNA: n sähköinen versio. Yksinkertaisimmin sanottuna eDNA on mitä tutkijat kutsuvat mitä tahansa ympäristöstä hankittua geneettistä materiaalia kuin itse olentoa. Ja vaikka eDNA löytyy teknisesti piiloutumiselta maaperään tai ilmaan, vesi on erityisen kätevä väliaine, koska se voidaan kerätä, suodattaa ja vähentää niin helposti.
Kaapita lasillinen vettä ulos takapihasi virrasta ja pidä sitä valossa. Nuo mutaiset, pyörivät vedet ovat täynnä näkymättömiä elämän jälkiä. Jokainen vesistö on liete roiskuvia soluja, aina kauppakeskuksen himmeästä kultakalalammikosta merenrannalla aallottaviin aaltoihin. Lisäksi tutkijat ovat viime aikoina suunnitelleet menetelmiä, joilla he voivat seuloa lietteen DNA-sekvenssit erottaakseen sinisen rapu, sinivalas tai jopa Loch Nessin hirviö - koskaan kiinnittämättä silmään itse eläintä.
Ollakseen täysin selkeä, Gemmell ei vedota mahdollisuudesta löytää plesiosaurus Loch Nessistä. Mutta hän on valmis tekemään panoksen eDNA: n voimalla auttaaksemme meitä suunnittelemaan uusia suojelustrategioita ja jopa ratkaisemaan joitain aikamme kestävimmistä ekologisista mysteereistä.
Tämän tekniikan potentiaali on suuri: Kroatiassa tutkijat käyttävät sitä luolia etsimään sokealle, väritöntä vesisalamanderille, joka tunnetaan nimellä luolalohikäärme tai olm. Kaakkois-Amerikassa eDNA kertoo meille, kuinka paljon jättiläismäisiä sammakkoeläimiä, jotka tunnetaan hellbendereinä, on vähentynyt historiallisella alueellaan. Aasiassa tutkijat vain todistivat, että eDNA: ta voidaan käyttää myös meduusan tutkimiseen, kuten japanilainen merkkikanta. Ja Australiassa tutkijat ovat havainneet, että samanlaisia määrityksiä voidaan käyttää tutkimaan kutuaktiivisuutta uhanalaisissa Macquarie-ahvenissa.
"En todellakaan halua tulla tunnetuksi kaverina, joka etsii Loch Nessin hirviötä", Gemmell sanoo. "Mutta mielestäni se on hieno koukku saada ihmiset puhumaan eDNA: sta."
Jangtse-hieno pyöriäinen Kiinan tiedeakatemian hydrobiologian instituutissa Wuhanissa, Kiinan Hubein maakunnassa, 10. toukokuuta 2016. Tutkijoiden mukaan nykyinen hienoton pyöriäinen on alle 1 000. (Xinhua / Alamy) Saadaksesi kuvan siitä, miltä eDNA näyttää, kuvittele, että teet leipää ja olet juuri hajonut joukon jauhoja tiskille. Kun olet lyönyt jonkin aikaa, tuo pieni pöly, joka on jäljellä? Se on pohjimmiltaan sitä, mitä hän voi ottaa litrasta vettä, joka on otettu Hudson-joesta, kertoo Rockefeller Universityn ihmisympäristöohjelman vanhempi tutkija Mark Stoeckle. Vain eDNA: ta ei ole valkaistu valkoisena. Se on ruskeata.
Ja eläimille, jotka eivät ole niin hypoteettisia kuin Nellie, tuolla ruskealla materiaalilla on todellinen lupaus. Tutustu tieteelliseen kirjallisuuteen ja huomaat, että eDNA: ta käytetään jo kaikkialla maailmassa ymmärtää paremmin kriittisten lajien käyttäytymistä ja populaatiodynamiikkaa.
Yksi esimerkki on Jangtse-hieno pyöriäinen, joka on pahasti vaikea tutkittava aihe. Ensinnäkin jäljellä on alle 1 050 eläintä, jotka ansaitsevat lajille kriittisesti uhanalaisen aseman, jonka Kansainvälinen luonnonsuojeluliitto on antanut. Lisäksi pyöriäisistä (kuten heidän nimensä viittaavat) puuttuu selkäevä, mikä tarkoittaa, että he tuskin rikkovat pintaa hengittäessään, ja heidän ihonsa on sama tummanharmaa sävy kuin heidän asuviensa vesien.
"Voin rehellisesti sanoa, että en ole koskaan nähnyt yhtäkään luonnossa", sanoo Amsterdamin yliopiston biologisen monimuotoisuuden ja ekosysteemidynamiikan instituutin biologi Kathryn Stewart. Mutta eDNA: n ansiosta se ei estä Stewartia tutkimasta tätä salaperäistä lajia. "Hyödyntämällä eDNA: ta, pystymme vähentämään kattavan ja tarkan näytteenoton kustannuksia ja aikaa, mikä on aina huolenaihe säilytystyölle, etenkin kehitysmaissa, joissa priorisointi ja raha ovat usein alhaiset", hän sanoo.
Viime kädessä tavoitteena on selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat eniten pyöriäisen laskuun - ja nopeasti. IUCN: n mukaan lajilla on "erittäin suuri" sukupuuttoon vaara seuraavien kolmen sukupolven kuluessa. "Pamat, verkko- ja lisääntynyt veneliikenne vaikuttavat hyvältä vedolta, mutta kun otetaan huomioon, kuinka kovia eläimiä on jäljitettävissä, se on Lähes mahdotonta selvittää, missä lajin viimeiset pitopaikat ovat ja mikä tekee näistä alueista helpommin asuttavia kuin valtavat jokiosuudet, joissa merinisäkkäät kukoistivat.
Nyt Stewart pyrkii kehittämään tapoja eDNA: lle paitsi paljastaa, onko lajia läsnä vai ei, mutta kuinka runsas tämä laji voi olla tietyssä vesistössä. Nämä tulokset voitaisiin sitten korreloida muihin tietoihin - esimerkiksi tiettyjen saaliin lajien esiintymiseen tai läheisyyteen ihmisten asutukseen tiheästi kuuluvien alueiden kanssa - sen määrittämiseksi, mitkä olosuhteet Jangtse-äärettömän pyöriäisen voivat parhaiten sietää.
"Ilmeisesti siellä on paljon tuskallista työtä, joka menee eDNA-tekniikoiden optimointiin eri lajeille ja ympäristöille", Stewart sanoo, "mutta suurin osa siitä on valtava askel eteenpäin - jos tarvitset vallankumousta - säilyttämisbiologian kannalta."
Vaikka New Yorkin Hudson-joki ei ehkä tunnu olevan biologisen monimuotoisuuden bastioni, se on erityisen mielenkiintoinen ja haastava ekosysteemi eDNA-tutkijoille. (Gavin Hellier / Alamy) DNA on vastakohtien molekyyli. Tietyllä tavalla se on uskomattoman kestävä, selviäen satoja tuhansia vuosia juuttuneena kiinteään kallioon tai melkein kiehuviin lämpötiloihin, joita löytyy syvänmeren hydrotermisten tuuletusaukkojen vierestä (vaikka ei, Jurassic Park -fanit, se ei todennäköisesti pysty selviytymään meripihkan koteloiduissa hyönteisissä) miljoonien vuosien ajan). Muulla tavalla se on erittäin herkkä: DNA voidaan hajottaa myös auringonvalon, vesiturbulenssin ja tiettyjen kemikaalien vaikutuksesta.
Mutta kun pääset suoraan siihen, mikä laatu voittaa?
Se on kysymys, jonka Rockefeller Universityn Stoeckle ja hänen kollegansa aikoivat vastata viime vuonna. Ryhmä vietti kuusi kuukautta kerätäkseen viikoittain vesinäytteitä kahdesta New Yorkin joesta nähdäksesi mitä eDNA voi kertoa meille siellä elävistä kalalajeista. Iso omena ei ehkä osu eniten yhtenä maapallon turmeltumattomimmista tai värikkäimmistä vesieliöistä, mutta Stoeckle sanoo, että makean veden ja suolaisen veden yhdistäminen tekee erityisen mielenkiintoisesta ja haastavasta tutkimusalueesta eDNA-testausta varten.
Stoeckle halusi tietää: Onko DNA niin vankka, että näytteenotto satamasta palauttaisi huimaavan joukon lajeja vuoristovesistä ja joenrannoista rannikon suistoihin, avoimeen ja syvänmereen? Vai oliko DNA niin herkkä, että se katosi tai hajoaa ennen kuin voimme kerätä sitä analysoida? Kuten käy ilmi, vastaus on niiden välissä.
"Löysimme paitsi oikeat kalot, myös oikeaan aikaan”, Stoeckle sanoo. ”Talvella, kun kalastajat kertovat, että ei kannata laittaa siimaa veteen, meillä on hyvin vähän tai ei lainkaan kalan eDNA: ta. Sitten, huhtikuusta ja toukokuusta alkaen, saamme kala-DNA: n palautumisen tasaisesti, noin kesän puoliväliin saakka, kun keskimääräisessä näytteessä on 10–15 lajia. ”
Toisin sanoen Stoecklen havainnot, jotka julkaistiin PLOSONE- lehdessä tämän vuoden huhtikuussa, vahvistivat sen, mitä tiesimme jo kalojen muuttoliikkeistä New Yorkin satamissa: esimerkiksi, että mustanmeren basso liikkuu rannikolla talvella ja palaa satamaan keväällä.
Ja se on ratkaisevan tärkeää. Vaikka tutkimus olisi todennäköisesti saanut paljon enemmän otsikoita, jos he olisivat löytäneet alligaattorin DNA: n huijaten viemäriin (tai Nessie!), Nämä tulokset ovat paljon tärkeämpiä, koska niitä odotetaan. Tämä johtuu siitä, että eDNA on edelleen suhteellisen uusi työkalu, ja jos sitä aiotaan ottaa vakavasti, se on kalibroitava luotettaviin tietoihin, jotka on kerätty menetelmistä, joita se voi jonain päivänä korvata.
Mutta ehkä eDNA: n suurin lupaus? Tutkijoiden mahdollisuudet suorittaa hullu-viileä tiede hullu-halvalla hintapisteellä.
Näkymä New Yorkin itäjoelle, joka on yksi Stoecklen keräyspaikoista. (Mark Stoeckle) Suurin osa siitä, mitä me tiedämme kalojen muuttoliikkeistä, tulee pudottamalla tonnia verkkoja ja poimimalla esiin tulevia asioita tai käyttämällä aurinkopindejä luodaksesi tilannekuvan alla olevasta. Pienemmissä puroissa ja joissa tutkijat voivat käyttää sähköistettyjä sauvoja tainnuttamaan kaloja ja muita vesieläimiä antaen heille mahdollisuuden suorittaa suhteellisen perusteelliset tutkimukset jopa kaikkein oivimmista olennoista. Mutta kaikki nämä menetelmät vaativat kahta asiaa suuressa määrin: aikaa ja rahaa.
"Kaikki, jotka tekevät tutkimuksia meren elämästä, haluaisivat lisätä näytteenottotiheyttä ja tiheyttä", sanoo Jesse Ausubel, yksi merielämänlaskennan perustajista ja johtajista. Mutta Ausubel sanoo, että aluksen vuokraaminen voi maksaa 10 000–150 000 dollaria päivässä, mikä rajoittaa ankarasti kuinka monta kertaa tutkijoilla on varaa pudottaa verkkojaan tai kytkeä sonarilaitteita päälle.
"Tuloksena on, että tiedossa on valtavia aukkoja", sanoo Ausubel, joka on myös johtaja Rockefeller Universityn ihmisympäristöohjelmalle, jossa hän johtaa ryhmää, johon Stoeckle kuuluu.
Onneksi DNA: n sekvensointitekniikan viimeaikainen kehitys on vähentänyt eDNA-määrityksiin liittyviä kustannuksia noin 50 dollariin näytteestä. Tämä tarkoittaa, että tutkijat voivat kerätä näytteitä ja suorittaa tutkimuksia paljon useammin kuin mitä heillä olisi varaa käyttää perinteisiä seurantamenetelmiä. Ja toisin kuin lajin tunnistaminen sen fyysisten ominaisuuksien perusteella - hankala taito, joka vaatii paljon kokemusta ja voi silti tuottaa vääriä tietoja - kuka tahansa voi kerätä eDNA-näytteitä, joilla on vähän koulutusta ja steriiliä säilytysastiaa.
Lopuksi, toisin kuin trooli-, kaiku- tai sähkökalastuksessa, eDNA-näytteenotto on käytännössä vähemmän vaikutusta. Tämä tekee tekniikasta erityisen houkuttelevan jo köysillä olevien lajien tutkinnassa. Stewartille tämä on yksi parhaista asioista eDNA: n käytössä: Sen avulla hän voi kysyä Jangtse-pyöriäisistä lisäämättä vielä enemmän veneliikennettä heidän elinympäristöihinsä.
Stewart huomauttaa, että eDNA voi olla erityisen tärkeä kehitysmaille, koska niissä on usein korkea endemismi ja lisääntynyt lajien menetyksen riski samalla kun niillä on vähemmän resursseja investoida säilyttämiseen. "Vaikka haluamme suojella niin paljon biologista monimuotoisuutta kuin mahdollista, todellisuus on, että meidän on tehtävä vaikeita päätöksiä siitä, missä ja miten suojelu rahoitetaan", hän sanoo. Ja eDNA: n avulla voimme saada nämä rajoitetut varat menemään vielä pidemmälle.
Lisäksi tunnettujen eläinten säilyttämisen lisäksi eDNA voisi myös auttaa biologia paljastamaan nenämme alla olevat piilotetut lajit. Cornellin yliopiston biologi ja Atkinson-kestävän tulevaisuuden keskuksen johtaja David Lodge huomauttaa tämän tekniikan käytön mahdollisuuksista ekosysteemeissä, kuten Afrikan massiivisessa, mutta vähän etsityssä Tanganyika-järvessä. Vaikka tutkijat tietävät, että järvi täynnä erilaisia cichlid-kaloja, on todennäköisesti paljon enemmän lajeja, joita ei ole vielä löydetty.
"Uskomme paljastavanmme pimeän monimuotoisuuden - siellä esiintyviä lajeja, joita ei ole koskaan kuvattu", Lodge sanoi Smithsonianin Earth Optimism -huippukokouksessa, joka järjestettiin aiemmin tässä kuussa suojeluun kiinnostuneille kansalaisille, tutkijoille ja aktivisteille.
Storacklen mukaan osterimukkakala, "viehättävästi ruma" laji, jota yleisesti löytyy New Yorkin satamista. (Barrierislandnaturalist) Samaan aikaan Gemmellin kaltaiset ovat herättäneet kiinnostusta ideasta. Gemmell kertoo, että muutaman twiitin jälkeen, jotka koskivat eDNA: n käyttöä Nessien etsimiseen, hänellä oli enemmän kiinnostusta todellisesta eDNA-työstä, jota hän tekee Uudessa-Seelannissa viimeisen kahden viikon aikana, kuin hän on nähnyt kahden vuoden ajan vastuullisesti keräämällä ja testaamalla vesinäytteitä.
Tuo todellinen eDNA-työ, muuten, sisältää eDNA: n käytön invasiivisten merilevien ja vaippaeläinten havaitsemiseksi ennen kuin ne voivat tarttua Uuden-Seelannin vesiteille. Tällä hetkellä me todella tiedämme tällaiset olennot vasta sen jälkeen kun ne ovat tarttuneet. Mutta jos vesiväylien rutiininomainen eDNA-testaus paljastaisi tällaisten olentojen läsnäolon riittävän varhaisessa vaiheessa, saatamme pystyä jatkamaan hyökkäystä juurtumalla hyökkäyksiin melkein ennen niiden alkamista.
Valitettavasti Skotlannin hirviömetsästyksen on todennäköisesti odotettava, kunnes joku haluaa hankkia rahoitusta. Mutta Stoeckle sanoo rakastavansa ideaa eikä näe mitään teknisiä rajoituksia sille, miksi se ei toimisi. "Ainoa ongelma", sanoo Stoeckle, on se, onko Loch Nessin hirviö todella olemassa. "
Ja jos hän ei? Se on ongelma, jota eDNA: ta käyttävät tutkijat eivät pysty ratkaisemaan.
