Биљци који лутају афричким саванама су масивни и једу пуно. Па ипак, сви они успевају да живе на отприлике истом месту, подржано истим ретко вегетативним окружењем. У 2013. години, еколози су желели да тачно знају како то функционише. Међутим, с обзиром на то да слонови, зебра, биволи и инсула пјешаче много километара да би се нахранили и не воле да их носни људи гледају како једу, било је готово немогуће схватити њихову дијету.
Истраживачи су остављени, као што је то често случај, да прегледају групу. Али пробављене биљке било је немогуће идентификовати само људским очима. Дакле, за ову слагалицу су се окренули оно што је релативно нова генетска техника: ДНК баркод.
Сличан садржај
- Шта значи бити врста? Генетика мења одговор
- Како научници користе тинејџерске делове остатка ДНК да би решили мистерије дивљих животиња
Еколози су узели узорке у лабораторију и прегледали ДНК биљних остатака, тражећи један специфичан ген познат као Цитоцхроме ц оксидаза И. Због своје локације у ћелијским митохондријама, ген, укратко познат као ЦОИ, има приближно мутацију три пута више од осталих облика ДНК. То значи да ће јасније показати генетске разлике између чак и врло сродних организама, чинећи ово корисним начином раздвајања врста у групама од птица до лептира - попут ознаке на унутрашњој страни ваше кошуље или бар кодова прехрамбених производа.
За ову генијалну методу, која се прикладно назива ДНК баркодом, можемо захвалити једном генетичару који се заситио "стресних" и дуготрајних метода традиционалне таксономије. Паул Хеберт, молекуларни биолог са Универзитета у Гелпху у Канади, сећа се једне влажне, облачне ноћи коју је провео скупљајући инсекте у листу као постдокторски истраживач у Новој Гвинеји.
„Када смо их наредног дана сортирали морфолошки, схватили смо да је дошло неколико хиљада врста“, каже Хеберт. Многи, колико је могао да каже, наука никад није описала. „Схватио сам да сам те вечери наишао на довољно узорака да ме оставе заузет до краја живота“, каже он.
Хеберт наставља: „У том тренутку сам прилично ... схватио да морфолошка таксономија не може бити начин за регистровање живота на нашој планети." Дао је своје узорке и прешао на друга истраживања арктичке еволуционо биологије - Према његовим речима, „станишта најниже разноликости врста које сам могао да нађем“, али тема мерења биолошке разноликости на Земљи увек се задржавала у његовом уму.
Средина 1990-их технологија је наставила да напредује, омогућујући истраживачима да издвоје и анализирају све мање и мање делове ДНК. Хеберт, који је радио у Аустралији као гостујући истраживач, одлучио је да почне „играјући се“ низањем ДНК различитих организама и трагајући за једном секвенцом која би се могла лако изоловати и користити за брзо разликовање врста. „Пристао сам на овом генском региону митохондрија као ефикасном у многим случајевима“, каже он. То је био ЦОИ.
Хеберт је одлучио тестирати своју методу у властитом дворишту, прикупљајући десетке инсеката и баркодирати их. Открио је да може лако разликовати бубе. „Мислио сам:„ Хеј, ако делује на 200 врста у мом дворишту, зашто то неће радити на планети? “
И, уз изузетак, има.
Користећи ову технику, истраживачи у истраживању саване из 2013. године успели су да саставе разнолику исхрану ових коегзистирајућих животиња. "Могли бисмо рећи све што животиње једу од баркодирања њихових сцатс-а", каже В. Јохн Кресс, кустос ботанике у Смитхсониан-овом Националном природном историјском музеју, који је сарађивао на студији. Обавештавањем менаџера дивљих животиња и научника тачно од чега се храни свака животиња, ови резултати "могли би имати директан утицај на дизајнирање нових подручја заштите ових животиња", каже Кресс.
Такође је еколозима дала ширу слику о томе како читав екосустав делује заједно. "Сада можете видети како ове врсте заправо коегзистирају у савани", каже Кресс. Данас се сама идеја о томе шта чини врсту мења, захваљујући баркоду ДНК и другим генетским техникама.
Можда не изгледа много, зелено. Али некако, афричка савана подржава разне иконе биљоједе. ДНК барцодирање помаже показати како. (Цултура РМ / Алами) Још од Дарвинових дана таксономисти су одбацивали врсте на основу онога што су могли опазити. То јест, ако изгледа као патка, хода попут патке и звучи као патка - бацајте је у патку. Појава ДНК секвенцирања 1980-их променила је игру. Читајући генетски код који организам чини таквим какав је, научници би могли да стекну нове увиде у еволуциону историју врста. Међутим, упоређивање милиона или милијарди парова база које чине геном може бити скупо и дуготрајно.
Помоћу маркера попут Цитоцхроме ц оксидазе И, те разлике можете брже и ефикасније одредити. Баркодирање вам може рећи за неколико сати - колико је потребно да се секвенционише ДНК баркод у добро опремљеном лабораторију за молекуларну биологију - да се две врсте које на површини изгледају потпуно потпуно разликују на генетском нивоу. Само прошле године, научници у Чилеу користили су ДНК баркод за идентификацију нове врсте пчела које су истраживачима инсеката недостајале током последњих 160 година.
Радећи са Хебертом, стручњаци попут кустоса ентомологије Националног музеја природне историје, Јохн Бурнс, успели су да разликују многе организме за које се некоћ мислило да су иста врста. Напредак технике сада омогућава истраживачима да примене музејске примерке из 1800-их, каже Бурнс, отварајући могућност рекласификације дуго насељених дефиниција врста. Годину дана након што је Хеберт зацртао баркодирање ДНК, Бурнс је сам то искористио за идентификацију једног таквог случаја - врсте лептира идентификоване из 1700-их, за коју се испоставило да представља 10 засебних врста.
Уклањање дефиниција мутних врста има последице изван академских кругова. Научницима и законодавцима може пружити бољи осећај броја и здравља врста, пресудне информације за заштиту њих, каже Цраиг Хилтон-Таилор, која управља „Црвеном листом“ Међународне уније за заштиту природе. Док се организација ослања на различите групе стручњака који могу из различитих перспектива радити на томе како да најбоље дефинишу неку врсту, ДНК баркодирање помогло је многим тим групама да прецизније разлуче различите врсте.
"Тражимо од њих да размисле о свим новим генетским доказима који се сада појављују", каже Хилтон-Таилор о данашњој процедури ИУЦН-а.
Иако иновативна, оригинална техника баркодирања имала је ограничења. На пример, радио је само на животињама, а не на биљкама јер ген ЦОИ није мутирао довољно брзо у биљкама. Кресс је 2007. године помогла у проширењу Хебертове технике идентификујући друге гене који слично мутирају у биљкама, омогућавајући спровођење студија попут саване.
Кресс се присјећа како је, почевши од 2008., он и бивши његов колега, еколог са Универзитета у Конектикату Царлос Гарциа-Робледо, користио ДНК баркодом да би упоредио различите биљке којима се различите врсте инсеката хране у прашуми Костарике. Били су у стању да сакупе инсекте, самљеју их и брзо одсекну ДНК из црева како би одредили шта једу.
Прије тога, Гарциа-Робледо и други научници морали би досадно пратити инсекте око себе и документирати њихову дијету. „Могу бити потребне године да истраживач у потпуности разуме дијету заједнице биљоједа инсеката у тропској кишној шуми без помоћи баркодова ДНК“, рекао је Гарца-Робледо за Смитхсониан Инсидер у интервјуу из 2013. године.
Од тада су могли проширити то истраживање гледајући како се број врста и њихова исхрана разликују на различитим висинама и како пораст температуре од климатских промена може утицати на то јер су врсте приморане да се крећу све више и више. "Развили смо читаву, сложену мрежу интеракције инсеката и биљака, што је пре било немогуће учинити", каже Кресс.
"Одједном, на много једноставнији начин, користећи ДНК, могли бисмо заправо пратити, квантификовати и поновити ове експерименте и разумети ове ствари на много детаљнији начин", додаје он. Кресс и други истраживачи такође користе барцодинг за анализу узорака тла за заједнице организама који их обитавају, каже он. Барцодинг такође обећава да помаже у идентификацији остатака генетског материјала који се налазе у околини.
"За екологе, " каже Кресс, "ДНК баркод заиста отвара сасвим другачији начин праћења ствари у стаништима где их раније нисмо могли пратити."
Омогућујући научницима да прегледају један одређени ген уместо да секвенцирају читаве геноме и упореде их, Хеберт се надао да ће његов метод омогућити генетску анализу и идентификацију да се обавља много брже и јефтиније од пуног секвенцирања. "Протеклих 14 година показало је да делује много ефикасније и много је једноставније за имплементацију него што сам предвиђао", каже он сада.
Али и даље види простора за напредак. "Ми се заиста боримо са неадекватним подацима у погледу обиља и распрострањености врста", каже Хеберт о конзервативцима. Брзо побољшавање технологије за бржу анализу ДНК узорака и уз мање потребног материјала упарено са ДНК баркодом нуди излаз, каже Хеберт, са модерним скенерима који већ могу да читају стотине милиона базних парова у сатима, у поређењу са хиљадама базних парова који би могли читати у исто време ранијом технологијом.
Хеберт предвиђа будућност у којој ће се ДНК прикупљати и секвенцирати аутоматски од сензора широм света, омогућавајући конзерватистима и таксономистима приступ огромној количини података о здрављу и дистрибуцији различитих врста. Сада ради на организовању светске библиотеке ДНК баркодова које научници могу да користе за брзу идентификацију непознатог узорка - нешто попут Покедекса из стварног живота.
„Како бисте предвидјели климатске промене ако сте читали температуру у једној тачки планете или један дан у години?“ Истиче Хеберт. "Ако ћемо се озбиљно позабавити очувањем биолошке разноликости, једноставно ћемо у потпуности пребацити своја гледишта о количини праћења која ће бити потребна."
