eDNA: nauja biologinės įvairovės išsaugojimo technologija

eDNA: nauja biologinės įvairovės išsaugojimo technologija

AsianScientist (2022 m. gegužės 6 d.) – Vieną 2016 m. rudens rytą gamtosaugos genetikas profesorius Džonatanas Fongas pasirinko kelią per šlaitus ir uolėtus Honkongo miesto pakraščio parkus, kad pasiektų upės upelį. Jis ieškojo nykstančio didžiagalvio vėžlio. Tačiau užuot pastebėjęs vėžlį, Fongas iš savo krepšio išėmė sterilizuotą vamzdelį, pasilenkė virš upelio ir užpildė vamzdį upės vandeniu. Tada jis supakavo jį į voką ir patraukė link savo laboratorijos Lingnano universitete, kur ištirtų, ar vandenyje nėra vėžlių eDNR.

Visi organizmai natūralioje aplinkoje išskiria savo DNR įvairiomis formomis, įskaitant išmatas, gleives, gametas, odą ar plaukus. Tokia DNR vadinama aplinkos DNR arba eDNR. Tyrėjai, tokie kaip Fong, amplifikuoja eDNR naudodami genų sekos nustatymo įrankius, kad nustatytų rūšis, kurioms priklauso DNR.

Vakarų šalių mokslininkai devintajame dešimtmetyje pradėjo naudoti technologijas mikrobų biologinei įvairovei aptikti jūros nuosėdose, tačiau pastaraisiais metais eDNR buvo plačiai naudojama gyvūnų apsaugai. Užuot praleidus valandas ieškodami gyvo gyvūno, daug lengviau surinkti jų aplinkos mėginius, teigia mokslininkai.

eDNA analizė yra „kaip detektyvas“, – sakė Fongas Azijos mokslininkų žurnalas. „Jie yra netobuli įrodymai, tačiau turi didžiulį potencialą. Tačiau didėjantis technologijų naudojimas taip pat atskleidžia jos trūkumus ir galimą netinkamą naudojimą.

Potencialas

Įprastas vėžlių lauko tyrimo būdas yra varginantis. Nešini spąstais tyrėjai nueina kelis kilometrus. Tada jie stato spąstus įvairiose vietose ir stebi jas kelias dienas. Palyginti su tuo, eDNA technologija padeda nukreipti, kur mokslininkai turėtų sutelkti savo išteklius ir energiją, sako Fongas.

Kaip ir Fongas, Indijos laukinės gamtos instituto (WII) mokslininkai taip pat naudoja eDNR upių delfinams stebėti Gango ir Brahmaputros upėse, kur net valties nuoma vienai dienai gali kainuoti beveik 20 000 Indijos rupijų arba 360 SGD.

„Įsivaizduokite, kad bandote ištirti 3000 kilometrų upės“, – sakė WII gamtosaugos biologas Vishnupriya Kolipakam. Nuo praėjusių metų Kolipakam ir jos komanda naudojo eDNR, o delfinų sekimo rezultatai buvo geresni nei anksčiau.

Tyrėjai taip pat naudoja šį įrankį daugelio vandens ir sausumos rūšių populiacijai įvertinti. Tradiciniai mėginių ėmimo metodai apima mokslininkus, naudojančius žvejybos tinklus, kad gaudytų žuvis keliose vietose. Naudodami eDNR, tyrėjai, surinkę pakankamai duomenų, naudoja savo supratimą apie tai, kaip dažnai rūšis išmeta DNR ir kaip išoriniai veiksniai gali paveikti eDNR degradaciją, kad apskaičiuotų preliminarią populiaciją.

„Tai tik loginės analizės reikalas – sudėti duomenis į lygtį ir atlikti matematiką“, – sakė Anishas Kirtane’as, Indijos mokslininkas, šiuo metu studijuojantis aplinkos sistemų mokslo daktaro laipsnį Ciuricho ETH. Azijos mokslininkų žurnalas.

Klaidingi teigiami rezultatai

Tačiau aplinkos DNR technologija dar nėra tobula. Iššūkiai apima klaidingus teigiamus rezultatus ir klaidingą tyrėjų interpretaciją. Kai mokslininkai aptinka gyvūno DNR aplinkoje, kurioje to gyvūno iš tikrųjų nėra, sakoma, kad rezultatai yra klaidingai teigiami.

Stebėdamas didžiagalvius vėžlius, Fongas paėmė vandens mėginius iš 34 skirtingų Honkongo upelių. Nors jo komanda patvirtino naujų vėžlių populiacijų buvimą, jie taip pat turėjo keletą klaidingų teigiamų rezultatų. „Kai grįžome ir pastatėme spąstus stebėjimui, radome vėžlių DNR nedaug, tačiau jų rasti nepavyko“, – sakė jis.

„Klaidingi teigiami rezultatai netgi gali brangiai kainuoti eDNR tyrimuose“, – sakė Honkongo universiteto gamtosaugos biologas Ying Kin Ken So. „Taip yra todėl, kad daugelis gamtosaugos valdymo sprendimų priimami remiantis šių rezultatų aiškinimu.

Dėl netikslaus aiškinimo netgi gali būti imtasi priemonių, skirtų išsaugoti neegzistuojančias nykstančias rūšis arba net pašalinti neegzistuojančias invazines rūšis.

Kartais net tikri rezultatai gali būti neteisingai interpretuojami dėl įvairių priežasčių. Pavyzdžiui, kryptinga upės tėkmė gali nukreipti eDNR susikaupti tam tikrose vietose, suteikdama klaidingą supratimą apie rūšies gausą.

Gyvūnų prigimtis ir elgesys taip pat turi reikšmės. Žuvys, kurios visą laiką būna vandenyje, turi visiškai skirtingą DNR išsiskyrimo greitį nei pusiau vandens būtybių, tokių kaip varlės ir vėžliai. Gyvūnai gali išskirti daugiau DNR, priklausomai nuo oro, sezono, paros laiko ir gyvenimo etapo. „Taigi, prieš interpretuodami bet kokius eDNR rezultatus, mokslininkai turėtų tvirtai suprasti rūšių ekologiją ir elgesį“, – sakė Kirtane.

Nepaisant šių iššūkių, eDNA tyrimai buvo naudojami gamtosaugos valdymui ir politikos formavimui. 2011 m. kai kurie mokslininkai aptiko invazinės Azijos karpių rūšies eDNR Mičigano ežere JAV. Tai sukėlė karštas diskusijas apie tai, ar rūšis iš tikrųjų įsiveržė į Didžiuosius ežerus.

Vėliau gamtosaugininkai pasiūlė atskirti Didžiuosius ežerus ir Misisipės upės baseiną uždarant laivo kanalą, nepaisant vandens kelių operatorių ir dabartinių kanalo naudotojų prieštaravimų. Dabar vietovės gamtosaugininkai reguliariai naudoja eDNR technologiją, kad stebėtų Azijos karpių buvimą Didžiuosiuose ežeruose.

Darosi geriau

Kaip ir bet kuri kita technologija, tobulinant eDNA reikės „daugiau išbandyti ir surasti patikimumo tendencijas ar nuoseklumą“, – sakė Fongas. Didesnis ir griežtesnis bandymas ir duomenų palyginimas per kelis sezonus ir panašių gyvūnų grupių duomenis padės rasti modelius ir sustiprinti duomenų interpretaciją.

Didesnis naudojimas taip pat sumažins technologijų kainą ir taps prieinamas platesnei Azijos tyrėjų grupei. Šiuo metu genų sekos nustatymo mašinos yra brangios, o rūšiai būdingo tyrimo atlikimas reikalauja laiko ir pinigų.

„Mums reagentų kūrimas užtruko apie 6 mėnesius ir galėjo kainuoti nuo 5000 USD iki 10 000 USD vien už reagentus“, – sakė Fongas.

Tačiau ši sritis sparčiai tobulėja ir yra grupių, „kuriančių nešiojamų PGR aparatų, skirtų vietoje aptikti DNR, o kitos stengiasi supaprastinti DNR išskyrimo procesus“, – sakė Kioto universiteto Japonijoje mikrobų ekologas Masayuki Ushio.

Ushio mano, kad netolimoje ateityje šią techniką „gali net paprasti žmonės naudoti mikrobų patogenams aptikti žuvininkystės ir žemės ūkio paskirties žemėse“.

Nepaisant dabartinių iššūkių, dauguma tyrinėtojų mano, kad šis metodas yra nauja biologinės įvairovės vertinimo riba. Sunku pasakyti, kaip ši technologija vystysis ir bus naudojama per artimiausią dešimtmetį. Kirtane „labai įdomu būti to viduryje ir matyti, kaip viskas keičiasi“.

———

Autorių teisės: Asian Scientist Magazine; Iliustracija: Shelly Liew / Asian Scientist Magazine.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.