Kuvittele eläinten tutkimista näkemättä niitä. Kuulostaako se naurettavalta? Meille kaltaisille ihmisille, jotka ensin kiinnostuivat biologiasta, koska rakastamme eläimiä ja nautimme niiden tutkimisesta, kyllä, se kuulostaa huonolta. Jos kuitenkin mietit mitä rikostekniset tutkijat tekevät etsiessään DNA-todisteita rikospaikalla tai mitä lääkärit tekevät havaitessaan patogeenin potilaan veressä, se on juuri niin: he havaitsevat elämänmuodot näkemättä niitä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Oikea tiede megalogonin takana
DNA on elämän sininen painatus. Sitä esiintyy käytännössä jokaisessa maapallon organismissa, ja tutkimme sitä yleensä uuttamalla sen kudospalasta tai verinäytteestä. Mutta DNA: ta on todellakin kaikkialla: eläimet levittävät sitä jatkuvasti, raaputtaessaan itsensä, vapauttaessaan virtsaa, munia, sylkeä, ulosteita ja tietysti kuollessaan. Jokainen ympäristö, sängystäsi valtamerten syvimpiin syvennyksiin, on täynnä ”biologista pölyä”, pääasiassa solumateriaalia, joka sisältää sen jälkeen jääneiden organismien DNA: ta. Tätä kutsumme ”ympäristö-DNA: ksi” tai eDNA: ksi.
Yhä nopeamman, tarkemman ja edullisemman tekniikan avulla tutkijat ovat viime vuosina aloittaneet sekvensoida tämän jäljitetyn DNA: n monista ympäristöistä. Ja tämä ”mikro” -lähestymistapa on jopa osoittautunut hyödylliseksi tutkijoille, jotka tutkivat yhtä valtavia ympäristöjä kuin valtameret.
Judith ui vasarapäällä Bahamassa: haita on vaikea kartoittaa ja seurata, koska valtameri on niin suuri. (Nicolo Roccatagliata, kirjoittaja) Monet merieläimet ovat suuria, harvinaisia, vaikeita ja erittäin liikkuvia. Hait ovat ilmeinen esimerkki: valtamereissä ne muodostavat pienen osan biomassasta, suurin osa niistä on melko vaikea saalis, ja ne ovat olleet ristiriidassa ihmisten kanssa siitä lähtien, kun aloimme tuuleta merellä. Muutamalla poikkeuksella he välttävät meitä, ja meistä johtuen monet ovat joutuneet sukupuuttoon.
Siksi me ajattelimme olla mielenkiintoista nähdä, voisimmeko vain näytteillä muutaman pullon merivettä (ja siinä olevia DNA-fragmentteja) nopeasti hain esiintymisen ja jakauman kartoittamatta tekemättä villit jahdat tai käyttämättä aikaa ja resursseja - intensiiviset hainkalastusmenetelmät. Olimme iloisia siitä, että tämä todellakin oli mahdollista ja että eri maantieteellisillä alueilla voitiin havaita erilaisia lajeja, vaikka alueilla, joihin ihmiset olivat vaikuttaneet enemmän, haita olisi vähän.
Stefano-näytteenotto Belizessä (Judith Bakker, kirjoittaja) Mutta tämän eDNA-lähestymistavan tehokkuus hainseurannassa paljastuu vasta, kun se on ristiriidassa vakiintuneiden, kokeiltujen ja testattujen menetelmien kanssa, kuten sukellusvisuaalisten laskentojen tai syöttöaltaan vedenalaisten kameratallennusten kanssa.
Tähän keskityttiin viimeisimmässä tutkimuksessa, joka tehtiin kollegoiden kanssa, jotka toimivat Uuden-Kaledonian eteläisen Tyynenmeren saaristossa, Ranskassa, Australiassa ja Yhdysvalloissa, ja julkaistiin nyt Science Advances -lehdessä. Tulokset olivat erittäin jännittäviä: Muutaman viikon aikana kerätyillä 22 vesinäytteellä havaittiin enemmän haita kuin satoja syöttiä vedenalaisia kameroita kahden vuoden aikana, ja tuhansia sukelluksia vuosikymmenien ajan. Lähes puolet ympäristö-DNA: n avulla havaituista lajeista ei löytynyt lainkaan perinteisiä menetelmiä käyttämällä. Ja vaikka eDNA pystyi havaitsemaan joidenkin haiden esiintymisen noin 90 prosentissa näytteistä, vedenalaiset kamerat pystyivät hallitsemaan vain hieman yli 50 prosenttia ja sukelluksen noin 15 prosenttia.
Uusi-Kaledonia: vain 22 eDNA-vesinäytettä (punaiset tähdet) havaitsi enemmän haita kuin lukuisat kameratallenteet (sininen) tai sukellukset (vihreä). (Boussarie & Bakker ym. (2018)) Mielenkiintoista on, että eDNA menestyi paremmin kuin muutkin menetelmät sekä koskemattomilla että vaikutusalueilla. Joukko hailajeja havaittiin jopa kiireisillä, meluisilla ja köyhdytetyillä alueilla, joilla niiden ajateltiin olevan uhanalaisia. Tämä viittaa siihen, että "pimeää monimuotoisuutta" voi silti olla läsnä suojelua vaativien jäännöshenkilöiden ja ryhmien muodossa. Samoin eDNA voi auttaa paljastamalla vastikään vakiintuneiden vieraiden lajien ulkonäköä, jotka laajentavat valikoimaa. Kaikki tämä on hyvä uutinen kaikille, ja siksi.
Koska eDNA-näytteenotto on nopeaa ja tehokasta, paljon suurempi osa merestä voidaan seuloa lyhyemmässä ajassa kerätäksesi yleiskatsaus monimuotoisuuden malleista suurten alueiden ja elinympäristöjen kesken, erilaisilla ympäristögradienteilla ja eri aikoina. Voisimme mahdollisesti rakentaa nopeasti lajien monimuotoisuuden karttoja ja käyttää niitä ennustavien mallien luomiseen ja monimuotoisuuteen vaikuttavien tekijöiden tunnistamiseen, kun taas menetelmiä kehitetään eDNA: n havaitsemisen kvantitatiivisen näkökohdan parantamiseksi myös muissa karismaattisissa lajeissa. Kaikki tämä auttaa suuresti niitä, joiden on laadittava suunnitelmat tärkeiden elinympäristöjen ja ekosysteemien suojelemiseksi.
Ympäristö-DNA-tiede kehittyy edelleen nopeasti. Tietokannat, joita käytämme vertaamaan merestä poimittuja tuntemattomia sekvenssejä, on rikastuttava monien olemassa olevien lajien uusilla DNA-referensseillä - jokaisessa tähän mennessä usean lajin eDNA-tutkimuksessa on havaittu suuria määriä sekvenssejä, joita ei voida verrata mihinkään viitteeseen. Merkittävä osa näistä kuuluu organismeihin, joita tiedemiehet eivät vielä kuvaa.
Tällä hetkellä saatavilla olevien "DNA-koettimien" on oltava pidempiä, koska lyhyet sekvenssit saattavat joskus epäonnistua erottamaan läheisesti sukulaisia lajeja. Esimerkiksi mustatippuhailla oli joitain identtisiä sekvenssejä harmaassa riuttahain kanssa tutkimuksessamme käytetyllä DNA-venydellä. Siitä huolimatta kaikki alkuperäiset merkinnät viittaavat siihen, että tämä lähestymistapa voi saada meidät askeleen lähemmäksi ymmärrystä ja maan paremman ekosysteemin parempaa hallintaa.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Stefano Mariani, suojelugenetiikan puheenjohtaja, Salfordin yliopisto
Judith Bakker, tutkija, ympäristö ja biotieteet, Salfordin yliopisto
