Οι απαντήσεις πνέουν στον άνεμο, το έδαφος και το νερό.  Κυριολεκτικά.

Οι απαντήσεις πνέουν στον άνεμο, το έδαφος και το νερό. Κυριολεκτικά.

Januar 21, 2022 0 Von admin

Ανεκμετάλλευση του αχαλίνωτου δυναμικού του Περιβαλλοντικού DNA στη Διατήρηση

Ένα φλιτζάνι νερό ή μια χούφτα χώμα φέρει μέσα του δελεαστικές ενδείξεις ζωής, παρελθόντος και παρόντος, σε ένα μεγαλύτερο οικοσύστημα. Αυτό δεν είναι κάποιος τραβηγμένος ή ρομαντικός ισχυρισμός. Είναι μια σχετικά νέα, καθιερωμένη βιολογική μέθοδος μελέτης της βιοποικιλότητας χρησιμοποιώντας τα γενετικά ίχνη που αφήνουν πίσω οι οργανισμοί με τη μορφή DNA στις τρίχες, το δέρμα, τα κόπρανα, το σάλιο και την αποσύνθεση. Αυτό το DNA διαφορετικών ειδών που βρίσκεται σε περιβαλλοντικά δείγματα όπως το νερό, το έδαφος, το χιόνι, ακόμη και ο αέρας ονομάζεται Περιβαλλοντικό DNA ή eDNA. Η περίφημη αρχή της ανταλλαγής του Locard που παρατηρείται στην εγκληματολογία – «κάθε επαφή αφήνει ένα ίχνος– ισχύει καλά και για αυτόν τον αναπτυσσόμενο κλάδο της μοριακής οικολογίας, που αναδεικνύεται γρήγορα ως ανεκτίμητη εργαλείο διατήρησης πρόσφατα.

Οι απαντήσεις πνέουν στον άνεμο, το έδαφος και το νερό.  Κυριολεκτικά: Ανεκμετάλλευση του αχαλίνωτου δυναμικού του περιβαλλοντικού DNA στη διατήρηση

Εικόνα του Furiosa-L από το Pixabay

Γιατί Περιβαλλοντικό DNA;

Ο πλανήτης φιλοξενεί περίπου 9 εκατομμύρια είδη, τα περισσότερα από τα οποία είναι ακόμα άγνωστα ή δεν περιγράφονται από την επιστήμη. Η παρακολούθηση αυτής της τεράστιας και ποικιλόμορφης πληθώρας βιοποικιλότητας σε όλη τη γη και το νερό, και η κατανόηση της κατανομής και των πληθυσμών τους είναι εξαιρετικά δύσκολη, αλλά είναι εξίσου απαραίτητη για να βοηθήσει σε ουσιαστικές προσπάθειες διατήρησης. Ειδικά, στη σημερινή εποχή της ταχείας απώλειας βιοποικιλότητας, οι παραδοσιακές μέθοδοι παρακολούθησης της βιοποικιλότητας υπολείπονται.

Οι παραδοσιακές επιστημονικές μέθοδοι όπως η παγίδευση με κάμερα και οι φυσικές έρευνες που περιλαμβάνουν μαζικές, επεμβατικές και δαπανηρές επιχειρήσεις για φυσική σύλληψη, μέτρηση και/ή καταγραφή μεμονωμένων οργανισμών έχουν τους περιορισμούς τους. Υπάρχουν πολλά που περνούν απαρατήρητα και απαρατήρητα. Είναι σχεδόν αδύνατο να παρακολουθήσουμε και να καταγράψουμε την παρουσία και την αφθονία των ειδών στο σύνολό τους. Όμως, καθώς η χρήση και η κατανόηση του eDNA αυξάνεται, γίνεται όλο και πιο σαφές ότι το eDNA μπορεί να αποδειχθεί εργαλείο βιοπαρακολούθησης υψηλής ακρίβειας, που επιτρέπει ταυτόχρονα μια οπτική γωνία των ειδών και της οικολογίας ενός περιβάλλοντος καθώς και μια πιο προσεκτική ματιά σε μεμονωμένα είδη, μακρο και μικρο. Όλα αυτά χωρίς καν να χρειαστεί να συναντήσετε κάποιο δείγμα. Τα ίχνη που αφήνουν πίσω τους οι οργανισμοί, ακόμη και σε μικροσκοπικές ποσότητες, με τη μορφή DNA βλέπουν πολύτιμες πληροφορίες, αποκαλύπτοντας μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα μιας περιοχής. Και το DNA, ευσπλαχνικά, είναι παντού. Σε συνδυασμό με τις παραδοσιακές έρευνες, τα εργαλεία eDNA μπορούν ενδεχομένως να οδηγήσουν σε πιο καινοτόμους, παραγωγικούς και αποτελεσματικούς τρόπους μελέτης της οικολογίας και των ειδών σε ένα περιβάλλον.

Μια γραφική επισκόπηση της διαδικασίας αναγνώρισης ειδών χρησιμοποιώντας θραύσματα DNA οργανισμών μέσω μιας διαδικασίας που είναι γνωστή ως γραμμωτό κώδικα DNA.

Μια γραφική επισκόπηση της διαδικασίας αναγνώρισης ειδών χρησιμοποιώντας θραύσματα DNA οργανισμών μέσω μιας διαδικασίας που είναι γνωστή ως γραμμωτό κώδικα DNA. Credit: LarissaFruehe/Wikimedia Commons

Πως λειτουργεί, λοιπόν? Οποιοδήποτε δεδομένο δείγμα εδάφους, αέρα και νερού θα περιέχει πάντα μέσα του γενετικό υλικό με τη μορφή DNA αρκετών οργανισμών, που αριθμούν σε εκατοντάδες, που μαζί αποτελούν το Περιβαλλοντικό DNA. Αυτές οι γενετικές υπογραφές μέσα σε ένα μόνο δείγμα δείγματος μπορούν να μας συναρπάσουν με πολλές πληροφορίες για τα είδη που ζουν εκεί στο συγκεκριμένο οικοσύστημα, και όχι μόνο για τα είδη που κατοικούν αυτή τη στιγμή στον τόπο, αλλά έχουν επίσης τη δυνατότητα να ρίξουν φως στην εξαφάνιση είδη και το αρχαία περιβάλλοντα στο οποίο ζούσαν. Η διαδικασία ουσιαστικά περιλαμβάνει τη συλλογή δειγμάτων εδάφους ή νερού. Αυτά τα δείγματα που φέρουν eDNA που συλλέγονται από το χωράφι μεταφέρονται σε εργαστήριο όπου το DNA εξάγεται από αυτά τα δείγματα χρησιμοποιώντας γενετικές μεθόδους. Στη συνέχεια, το εξαγόμενο DNA περνά στη διαδικασία που ονομάζεται ενίσχυση DNA χρησιμοποιώντας μια επιστημονική εργαστηριακή τεχνική που ονομάζεται Αλυσιδωτή Αντίδραση Πολυμεράσης (PCR). Με απλά λόγια, πολλά εκατομμύρια αντίγραφα των αλληλουχιών DNA παράγονται μέσω αντιγραφής που επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν τα μόρια του DNA πιο προσεκτικά. Στη συνέχεια γίνεται η αλληλουχία του DNA, που σημαίνει ότι προσδιορίζεται η σειρά των δομικών μονάδων του DNA που ονομάζονται νουκλεοτίδια ειδικά για κάθε είδος, που επιτρέπει στους ερευνητές να αναγνωρίσουν το είδος ταιριάζοντας τις αλληλουχίες DNA ή τους «γραμμωτούς κώδικες» με τις αλληλουχίες DNA που υπάρχουν στις βάσεις δεδομένων αναφοράς. Αυτή η μέθοδος αναγνώρισης ειδών ονομάζεται γραμμωτό κώδικα DNA. Το eDNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση και την αναγνώριση μεμονωμένων ειδών, ακόμη και των σπάνιων, απρόσιτων και απροσπέλαστων και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της βιοποικιλότητας σε μια δεδομένη περιοχή γενικότερα.

Η νέα εκτίμηση για τις τεράστιες δυνατότητες του eDNA έχει αρχίσει να βλέπει μια έκρηξη στις ποικίλες εφαρμογές του παγκοσμίως.

Στη Λιβερία, το περιβαλλοντικό DNA εξουσιοδοτεί τους οικολόγους και τις κοινότητες να προστατεύσουν και να διατηρήσουν τα πολύτιμα οικοσυστήματα γλυκών υδάτων βοηθώντας στη συλλογή των τόσο απαραίτητων πληροφοριών για είδη που δεν έχουν μελετηθεί και δεν έχουν δεδομένα, τα οποία με τη σειρά τους συμβάλλουν στην ιεράρχηση των ειδών που κινδυνεύουν με εξαφάνιση. Μέχρι στιγμής έχουν εντοπιστεί σχεδόν 170 είδη, συμπεριλαμβανομένων κρίσιμα απειλούμενων με χρήση του eDNA.

Παγκόσμιο Ταμείο για τη Φύση Το (WWF) εφαρμόζει τη μη επεμβατική τεχνική για μια σειρά από έργα διατήρησης, συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης μεμονωμένων πολικών αρκούδων χρησιμοποιώντας το eDNA που άφησαν πίσω τους στα ίχνη στο χιόνι για να μελετήσει τους υποπληθυσμούς τους ή ακόμη και να αξιολογήσει τους πληθυσμούς θηραμάτων τίγρεων στο Μπουτάν.

Ερευνητές στην ΙνδίαΕπίσης, δοκιμάζουν εργαλεία βασισμένα στο eDNA για την ανίχνευση ενός χωροκατακτητικού είδους ψαριού που ονομάζεται suckermouth sailfin γατόψαρο (Pterygoplichthys spp.) και ελέγξτε την εξάπλωσή του σε όλη την Ινδία. Ιθαγενής στη Νότια Αμερική, το γατόψαρο ιστιοφόρου κορόιδο, ένα δημοφιλές διακοσμητικό κατοικίδιο ενυδρείο στην Ινδία, καταστρέφει τα οικοσυστήματα σε γλυκά υδάτινα σώματα σε όλη τη χώρα. Αυτό το ανθεκτικό ψάρι, με πολύ λίγα αρπακτικά και ικανότητα να ευδοκιμεί ακόμη και σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου, εκτοπίζει τα ιθαγενή είδη και έχει δημιουργήσει ακόμη και αυτοσυντηρούμενους πληθυσμούς αναπαραγωγής σε πολλές τοποθεσίες. Οι ερευνητές έχουν στραφεί στο eDNA ως μια εφικτή, οικονομικά αποδοτική, μη επεμβατική, απλούστερη επιλογή για να ανιχνεύσουν την παρουσία του ψαριού και να μάθουν για την αφθονία και την πυκνότητά του.

Η συνολική ροή εργασιών για μελέτες περιβαλλοντικού DNA (eDNA) με παραδείγματα οργανισμών που έχουν εντοπιστεί από περιβαλλοντικά δείγματα.

Η συνολική ροή εργασιών για μελέτες περιβαλλοντικού DNA (eDNA) με παραδείγματα οργανισμών που έχουν εντοπιστεί από περιβαλλοντικά δείγματα. Περιβάλλοντα και οι αντίστοιχες δειγματοληψίες τους από αριστερά προς τα δεξιά: (i) παγετώνες. (ii) μόνιμο παγωμένο/τόντρα· iii) υδρόβια ιζήματα. (iv) λίμνες και ρέματα· (v) χερσαία ενδιαιτήματα. (vi) ωκεανοί. Τα τρία πρώτα είναι αρχαία περιβάλλοντα ενώ τα τρία τελευταία είναι σύγχρονα. Credit: Drawing by Lars Holm; Πηγή: Philip Francis Thomsen, Eske Willerslev, Environmental DNA – An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity, Biological Conservation, Τόμος 183, 2015, Σελίδες 4-18, ISSN 0006-3207, https://doi.org/ 10.1016/j.biocon.2014.11.019. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006320714004443)

Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του eDNA, ειδικά όσον αφορά τη διάρκεια ζωής και τη συμπεριφορά αποσύνθεσής του αποδεικνύονται ιδιαίτερα χρήσιμα, καθώς μας δίνει μια εξαιρετικά συγκεκριμένη εικόνα του περιβάλλοντος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Για παράδειγμα, το eDNA που βρίσκεται σε ένα υδάτινο περιβάλλον είναι σχετικά βραχύβια (θέμα λίγων ωρών) σε σύγκριση με εκείνα που βρίσκονται σε πάγο ή χώμα. Έτσι, το DNA σε ένα δείγμα νερού πιθανότατα θα κατατεθεί πρόσφατα από οργανισμούς.

Γενικά, το eDNA ακολουθεί ένα μοτίβο εκθετικής αποσύνθεσης με την πάροδο του χρόνου.  Το παραπάνω ψάρι αφήνει πίσω το eDNA του καθώς κινείται μέσα στο υδάτινο περιβάλλον.  Το eDNA παραμένει πίσω στο περιβάλλον και σιγά-σιγά διαλύεται με την πάροδο του χρόνου.

Γενικά, το eDNA ακολουθεί ένα μοτίβο εκθετικής αποσύνθεσης με την πάροδο του χρόνου. Το παραπάνω ψάρι αφήνει πίσω το eDNA του καθώς κινείται μέσα στο υδάτινο περιβάλλον. Το eDNA παραμένει πίσω στο περιβάλλον και σιγά-σιγά διαλύεται με την πάροδο του χρόνου. Προσφορά: Yeswikipediaimarobot / Wikimedia Commons

Προκλήσεις που αντιμετωπίζει το eDNA

Όμως, όπως οι περισσότερες επιστημονικές μέθοδοι και τεχνολογία που αναπτύσσονται πρόσφατα, έτσι και οι μέθοδοι του περιβαλλοντικού DNA υποβάλλονται σε φάσεις δοκιμής και λάθους, τελειοποίησης και αναμονής για την κάλυψη των υφιστάμενων πόρων και γνώσης, πριν γίνουν πλήρως κατανοητές και δημιουργηθούν τυπικά πρωτόκολλα.

Η μετεωρική άνοδος της χρήσης του eDNA στην έρευνα και τη διατήρηση τα τελευταία χρόνια έχει επίσης φέρει μαζί της αρκετούς περιορισμούς και προκλήσεις στο προσκήνιο. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την πλήρη αξιοποίηση της χρησιμότητας του eDNA είναι η έλλειψη περιεκτικών βάσεων δεδομένων αναφοράς DNA για την αναγνώριση ειδών. Αν και τα βήματα για την κάλυψη αυτού του κενού γνώσης γίνονται πολλά υποσχόμενα γρήγορα. Βάσεις δεδομένων DNA όπως Εθνικό Κέντρο Πληροφοριών Βιοτεχνολογίας (NCBI) που καθιστούν τις αλληλουχίες DNA δημοσίως διαθέσιμες, και το Barcode of Life System Data (BOLD) που είναι «διαδικτυακός κόμβος συνεργασίας για την επιστημονική κοινότητα και δημόσιος πόρος για τους πολίτες εν γένει», κ.λπ., είναι αρκετά εξαντλητικές. Αλλά υπάρχει ακόμα δρόμος.

Εκτός από αυτό, άλλοι περιορισμοί που υπογραμμίζουν τη χρήση του eDNA περιλαμβάνουν τη μόλυνση των δειγμάτων και τα σφάλματα στον προσδιορισμό της αλληλουχίας του DNA και τη σοβαρή έλλειψη υπερσύγχρονων εργαστηρίων σε πολλές τροπικές χώρες.

«Αν θέλουμε [eDNA] για να γίνουμε mainstream και να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη κλίμακα, πρέπει να δημιουργήσουμε χωρητικότητα σε όλο τον κόσμο, ώστε οι άνθρωποι να μπορούν να συλλέγουν δείγματα με τον σωστό τρόπο, να αναλύουν τα δείγματα στις χώρες τους και να χρησιμοποιούν τα αποτελέσματα για τους δικούς τους σκοπούς διατήρησης και παρακολούθησης.» λέει ο επιστήμονας Arnaud Lyet mongabay.

Μια χούφτα χώμα ή νερό είναι πραγματικά ένας μικρόκοσμος ενός πολύ μεγαλύτερου οικοσυστήματος. Ένα μεγάλο μικρό σύμπαν του eDNA που φέρει τεράστιες γενετικές πληροφορίες που περιμένουν να αποκωδικοποιηθούν. Περιμένοντας να γίνει κατανοητός.

———————————————————————————————————————————————— ————

Σχετικά με τον συγγραφέα: Η Purva Variyar είναι οικολόγος, επιστήμονας επικοινωνίας και συγγραφέας σε θέματα διατήρησης. Συνεργάζεται με το Wildlife Conservation Trust και στο παρελθόν έχει συνεργαστεί με το Sanctuary Nature Foundation και το The Gerry Martin Project.

Αποποίηση ευθύνης: Ο συγγραφέας σχετίζεται με την Wildlife Conservation Trust. Οι απόψεις και οι απόψεις που εκφράζονται στο άρθρο είναι δικές της και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις και απόψεις της Wildlife Conservation Trust.

———————————————————————————————————————————————— ————

Οι δωρεές σας υποστηρίζουν τις επιτόπιες λειτουργίες μας, βοηθώντας μας να επιτύχουμε τους στόχους μας για τη διατήρηση.

Κάντε δωρεά τώρα: Οι δωρεές σας υποστηρίζουν τις επιτόπιες λειτουργίες μας, βοηθώντας μας να επιτύχουμε τους στόχους μας για τη διατήρηση.

———————————————————————————————————————————————— ————

σχετικοί σύνδεσμοι