Neil Gemmell ima tajni plan za otkrivanje boravišta Nessie čudovišta iz Loch Ness-a.
Povezani sadržaj
- Ključ zaštite života na Zemlji može biti Barcoding
- Uskoro bi mogli znati da li je vaša akvarijska riba ulovljena cijanidom
- Prijeteće vrste? Znanost do (genetskog) spasenja!
- Znanstvenici mogu reći koja riba živi gdje se temelji na DNK u vodi
Ne, stvarno, on je to sve propustio. Ako u Lochu živi nešto veliko i čudno, to bi izbacilo stanice pune DNK-a kao i sve drugo. Vjerojatno puno toga. I premda u referentnoj biblioteci nemamo dino-DNA za provjeru uzoraka, Gemmell, profesor genomike na Sveučilištu Otago na Novom Zelandu, kaže da znamo dovoljno o tome kako bi trebao izgledati da bismo rekli ima li plesiosaur koji živi u današnjoj Škotskoj.
Sve što trebate je način da utvrdite postoji li neki DNK pleziozaura u tim vodenim dubinama. Unesite eDNA. Ne, nije elektronička verzija DNK. Najjednostavnije rečeno, eDNA je ono što znanstvenici nazivaju bilo kojim genetskim materijalom stečenim iz okoliša, a ne samim bićem. I dok se eDNA tehnički može pronaći skrivena u tlu ili zraku, voda je posebno zgodan medij jer se može tako lako prikupiti, naprezati i smanjiti.
Nakapajte čašu vode iz dvorišta i držite je do svjetla. Te blatne, vrtložne vode pune su nevidljivih tragova života. Od ribnjaka sa zlatnom ribicom u tržnom centru, do valova koji padaju na morskoj obali, svako vodno tijelo je gnojnica odmrznutih stanica. Štoviše, znanstvenici su nedavno osmislili metode pomoću kojih mogu prosijati DNK sekvence u toj gnojnici kako bi razlikovali plavu rakicu, plavog kita ili čak i čudovište iz Loch Ness-a - bez da ikad pogledaju životinju.
Da budemo potpuno jasni, Gemmell se ne kladi na mogućnost pronalaska plesiosaura u Loch Nessu. Ali on je spreman uložiti se na snagu eDNA kako bi nam pomogao da osmislimo nove strategije očuvanja, pa čak i da riješimo neke od najupornijih ekoloških misterija našeg vremena.
Potencijal ove tehnike je ogroman: u Hrvatskoj ga znanstvenici pretražuju u špiljama za slijepo, bezbojnu vodenu salamander poznatu kao špiljski zmaj ili olm. Na američkom jugoistoku eDNA nam govori koliko je divovskih, tajnih vodozemaca, poznatih kao paklenih benda, opalo kroz njihov povijesni domet. U Aziji su istraživači upravo dokazali da se eDNA također može koristiti za proučavanje meduza poput japanske morske koprive. I u Australiji su znanstvenici otkrili da se slični testovi mogu koristiti za proučavanje mrijesćenja ugroženog Macquarie-ja.
"Zaista ne želim postati poznat kao tip koji traži čudovište iz Loch Ness-a", kaže Gemmell. "Ali mislim da je to dobra kuka za privlačenje ljudi koji govore o eDNA."
Yongtze beskonačna svinja u Institutu za hidrobiologiju pri Kineskoj akademiji znanosti, u Wuhanu, središnja kineska provincija Hubei, 10. svibnja 2016. Trenutno je brojna populacija bezvodnih svinja, prema znanstvenicima, manja od 1.000. (Xinhua / Alamy) Da biste dobili predodžbu o tome kako izgleda eDNA, zamislite da pravite kruh i upravo ste rasipali hrpu brašna preko pulta. Nakon što mijesite kruh neko vrijeme, ono malo prašine koja je preostala? To je u osnovi ono što može izvući iz litre vode izvučene iz rijeke Hudson, kaže Mark Stoeckle, viši znanstveni suradnik na Sveučilišnom programu Rockefeller za ljudski okoliš. Samo eDNA nije izbjeljena bijelo. Muško je smeđe boje.
A za životinje koje nisu toliko hipotetičke kao Nellie, materijal koji sadrži smeđu boju zaista obećava. Pogledajte znanstvenu literaturu i vidjet ćete da se eDNA već koristi u cijelom svijetu kako bi bolje razumjela ponašanje i dinamiku populacije kritičnih vrsta.
Jedan primjer je Yangtze beskonačna svinja, notorno težak predmet proučavanja. Za početak je ostalo manje od 1.050 životinja, čime je vrsta dobila kritično ugroženi status Međunarodne unije za zaštitu prirode. Štoviše, lisnjačama (kao što im ime govori) nedostaje dorzalna peraja, što znači da jedva probijaju površinu kada dolaze do daha, a koža im je iste tamno sive nijanse kao i vode u kojima obitavaju.
"Iskreno mogu reći da je nikada nisam vidjela u divljini", kaže Kathryn Stewart, biologinja na Institutu za bioraznolikost i dinamiku ekosustava Sveučilišta u Amsterdamu. Ali zahvaljujući eDNA, to ne sprečava Stewarta da proučava ovu kriptičnu vrstu. "Korištenjem eDNA uspijevamo smanjiti troškove i vrijeme potrebno za sveobuhvatno i precizno uzorkovanje, što za brigu o očuvanju uvijek zabrinjava, posebno u zemljama u razvoju gdje su prioriteti i novac često niski", kaže ona.
Konačno, cilj je otkriti koji čimbenici najviše doprinose padu luka - i to brzo. Prema IUCN-u, vrsta je pod "ekstremno visokim" rizikom izumiranja u samo tri sljedeće generacije. "Brane, škrge i povećan promet brodom izgledaju kao dobri ulozi, ali s obzirom na to koliko su životinje teško pratiti, to je Ništa više nije moguće otkriti gdje su posljednja nalazišta vrsta i što čini ova područja useljivijima od golemih dionica rijeka u kojima su morski sisavci uspijevali.
Sada, Stewart radi na razvoju načina kako eDNA ne bi samo otkrila postoji li vrsta ili je nedostajala, već i koliko bi ta vrsta mogla biti u određenoj vodi. Ovi bi se rezultati tada mogli povezati s drugim informacijama - na primjer, određenom vrstom plijena, primjerice ili blizinom područja gustih s ljudskim prebivalištem - kako bi se odredio koji uvjeti beskonačna svinja Yangtze može najbolje podnijeti.
"Očito ima puno mukotrpnog rada koji se uključuje u optimizaciju eDNA tehnike za različite vrste i okruženja, " kaže Stewart, "ali u najvećem dijelu, to je ogroman korak naprijed - ako želite, revolucija - za očuvanje biologije."
Iako se njujorška rijeka Hudson možda ne čini bastijom biološke raznolikosti, to je posebno zanimljiv i izazovan ekosustav za istraživače eDNA. (Gavin Hellier / Alamy) DNK je molekula kontrasta. Na neki način je impresivno izdržljivo preživjeti stotine tisuća godina zarobljeni u čvrstoj stijeni ili blizu vrelišta pronađenog pored hidrotermalnih otvora dubokog mora (iako ne, obožavatelji Jurassic Parka, vjerojatno ne mogu preživjeti u insekticidnim insektima milijunima godina). Na druge načine, on je izuzetno krhak: DNK se također može razgraditi sunčevom svjetlošću, turbulencijom u vodi i određenim kemikalijama.
Ali kad se odmah spustite na to, koja kvaliteta pobjeđuje?
To je pitanje na kojemu su prošle godine Sveučilište Rockefeller i njegovi kolege odgovorili. Tim je proveo šest mjeseci skupljajući uzorke vode iz dvije rijeke New Yorka kako bi vidjeli što nam eDNA može reći o vrstama riba koje žive tamo. Velika jabuka možda neće izgledati ponajviše kao jedno od najtaknutijih ili najbogatijih vodenih staništa na Zemlji, ali Stoeckle kaže da sutočje svega što slatka i slana voda čine posebno zanimljivim i izazovnim područjem za ispitivanje eDNA.
Stoeckle je želio znati: Je li DNK toliko robustan da bi uzorkovanje luke vratilo vrtoglavi niz vrsta od planinskih podmorja i korita rijeka do obalnih ušća, otvorenog oceana i dubokog mora? Ili je DNK bio toliko krhki da je nestao ili propadao prije nego što smo ga uspjeli prikupiti i analizirati? Kako se ispostavilo, odgovor se nalazi između.
"Ne samo da smo pronašli prave vrste riba, već smo ih našli i u pravo vrijeme", kaže Stoeckle. "Zimi, kada će vam ribari reći da ne vrijedi stavljati liniju u vodu, dobivamo vrlo malo ili nikako eDNA ribe. Zatim, počevši od travnja i svibnja, dobivamo stalni porast oporavka DNK ribe do sredine ljeta, kada u prosječnom uzorku dobijete 10 do 15 vrsta. "
Drugim riječima, Stoeckelovi nalazi, objavljeni u časopisu PLOSONE ovog travnja, iznova su potvrdili ono što već znamo o migracijama riba u lukama New Yorka: na primjer, da se crni orah premješta na obalu zimi i vraća se u luku na proljeće.
I to je presudno. Iako bi studija vjerojatno dobila puno više naslova da su pronašli aligatorski DNK koji traži iz kanalizacije (ili Nessie!), Ovi su rezultati daleko važniji, jer se očekuju. To je zato što je eDNA još uvijek relativno nov alat, a ako će se to shvatiti ozbiljno, treba ga umjeriti prema pouzdanim podacima prikupljenim metodama koje bi jednog dana mogao zamijeniti.
Ali možda najveće obećanje koje nudi eDNA? Potencijal za znanstvenike da vode ludo-cool znanost po ludo-jeftinoj cijeni.
Pogled na istočnu rijeku New Yorka, jedno od Stoeckelovih sabirnih mjesta. (Mark Stoeckle) Većina onoga što znamo o migracijama riba dolazi od ispada tona mreža i provlačenja kroz ono što dolazi ili korištenja solarnih pingova kako bi se stvorio snimak onoga što se događa ispod. U manjim potocima i rijekama znanstvenici mogu koristiti naelektrizirane štapiće za omamljivanje riba i drugih vodenih stvorenja, omogućujući im da provedu relativno temeljita ispitivanja čak i najsmjelijih stvorenja. Ali sve ove metode zahtijevaju dvije stvari u velikoj količini: vrijeme i novac.
"Svi koji rade na istraživanju morskog života željeli bi povećati učestalost i gustoću uzorkovanja", kaže Jesse Ausubel, jedan od osnivača i voditelja popisa morskog života. Ali Ausubel kaže da cijena najma broda može biti između 10 000 i 150 000 dolara dnevno, što ozbiljno ograničava koliko puta si znanstvenici mogu priuštiti da ispuste svoje mreže ili uključe svoje sonarske uređaje.
"Rezultat toga je da postoje ogromne razlike u onome što znamo", kaže Ausubel, koji je i direktor Programa za ljudsko okruženje Sveučilišta Rockefeller, gdje vodi grupu u koju je uključen i Stoeckle.
Srećom, nedavni napredak u tehnologiji sekvenciranja DNA smanjio je troškove povezane s eDNA analizama na približno 50 USD po uzorku. To znači da znanstvenici mogu skupljati uzorke i provoditi ankete mnogo češće nego što bi si mogli priuštiti koristeći tradicionalne metode praćenja. A za razliku od identificiranja vrste na temelju njezinih fizičkih karakteristika - škakljive vještine koja zahtijeva mnoštvo iskustva i još uvijek može proizvesti lažne podatke - uzorke eDNA može relativno lako prikupiti svatko s malo treninga i sterilnim spremnikom.
Konačno, za razliku od povlačenja mreže, sonara ili elektro-ribolova, uzorkovanje eDNA-e praktički nije pod utjecajem. Zbog toga je tehnika posebno privlačna za istraživanje vrsta koje se već nalaze na konopcima. Za Stewarta ovo je jedna od najboljih stvari o korištenju eDNA: Omogućuje joj postavljanje pitanja o svinjama Yangtze bez dodavanja još većeg prometa plovila u njihova staništa.
Stewart ističe da bi eDNA mogla biti posebno važna za zemlje u razvoju, jer one često imaju visoku razinu endemizma i povećani rizik od gubitka vrsta, a istovremeno imaju manje resursa za ulaganje u očuvanje. "Iako želimo zaštititi što je moguće više biološke raznolikosti, stvarnost je da moramo donijeti teške odluke o tome gdje i kako financirati očuvanje", kaže ona. A s eDNA-om možemo učiniti da ta ograničena sredstva idu još dalje.
Štoviše, osim očuvanja poznatih životinja, eDNA bi također mogla pomoći biolozima u otkrivanju skrivenih vrsta koje nam plivaju pod nosom. David Lodge, biolog sa Sveučilišta Cornell i direktor Atkinson centra za održivu budućnost, ukazuje na potencijal korištenja ove tehnike u ekosustavima poput masivnog, još uvijek malo pretraživanog afričkog jezera Tanganyika. Iako znanstvenici znaju da jezero obiluje raznim vrstama riba, vjerojatno je još mnogo vrsta još uvijek neotkrivenih.
"Vjerujemo da ćemo otkriti tamnu raznolikost - vrste tamo vani koje nikada nisu opisane", rekao je Lodge tijekom Smithsonianovog samita o optimizmu o Zemlji, skupa građana, znanstvenika i aktivista koji su bili orijentirani početkom ovog mjeseca.
Stojck, oštrica, očaravajuća ružna vrsta koja se obično nalazi u lukama New Yorka. (Barrierislandnaturalist) U međuvremenu, oni poput Gemmell-a generiraju interes za ideju. Gemmell kaže da ga je, nakon nekoliko tweeta o korištenju eDNA-e za traženje Nessie, više zanimao pravi posao eDNA-e koji obavlja na Novom Zelandu u posljednja dva tjedna nego što je vidio u dvije godine kako pažljivo sakuplja i testira uzorke vode.
Usput, to pravo djelo na eDNA uključuje korištenje eDNA za otkrivanje invazivnih morskih algi i plašta prije nego što se mogu zadržati na plovnim putovima Novog Zelanda. Trenutačno takvih stvorenja postajemo svjesni tek kada su se uhvatili. Ali ako bi rutinsko eDNA testiranje plovnih putova otkrilo prisutnost takvih bića dovoljno rano, možda bismo mogli krenuti u ofenzivu, iskorenjivši invazije gotovo prije nego što počnu.
Nažalost, lov na škotska čudovišta vjerojatno će morati pričekati dok netko ne pokupi neko financiranje. No Stoeckle kaže da mu se ideja sviđa, a ne vidi nikakva tehnička ograničenja zašto to ne bi uspjelo. "Jedini problem, " kaže Stoeckle, je "postoji li čudovište Loch Ness."
A ako neće? To je problem koji čak i znanstvenici koji imaju eDNA ne mogu riješiti.
