Erbivorele care cutreieră savana africană sunt masive și mănâncă foarte mult. Cu toate acestea, într-un fel, toate reușesc să trăiască aproximativ în același loc, susținute de același mediu slab vegetat. În 2013, ecologiștii au vrut să știe exact cum a funcționat acest lucru. Cu toate acestea, pentru că elefanții, zebra, bivolii și impala parcurg mulți kilometri pentru a se hrăni și nu sunt pasionați de omul plictisitor care îi urmărește să mănânce, era aproape imposibil să-și dea seama de dietele lor.
Cercetătorii au fost lăsați, așa cum sunt de multe ori, să cerceteze sărăcia. Dar plantele digerate erau imposibil de identificat doar de ochii umani. Așadar, pentru acest puzzle, s-au apelat la ceea ce era o tehnică genetică relativ nouă: codarea de bare a ADN-ului.
Continut Asemanator
- Ce înseamnă să fii o specie? Genetica schimbă răspunsul
- Modul în care oamenii de știință folosesc teeny bucăți de ADN restant pentru a rezolva misterele faunei sălbatice
Ecologiștii au prelevat probe în laborator și au scanat ADN-ul resturilor vegetale, căutând o genă specifică cunoscută sub denumirea de Citocrom c oxidază I. Datorită localizării sale în mitocondria celulei, gena, cunoscută drept COI pentru scurt timp, are o rată de mutație aproximativă. de trei ori mai mare decât a altor forme de ADN. Asta înseamnă că va arăta mai clar diferențele genetice între organisme chiar strâns legate, ceea ce face o modalitate utilă de a tachina speciile în grupuri de la păsări la fluturi - cum ar fi eticheta din interiorul cămășii tale sau un cod de bare al magazinului alimentar.
Pentru această metodă ingenioasă, denumită în mod corespunzător drept codare a ADN-ului, putem mulțumi unui genetician care s-a hrănit cu metodele „stresante” și consumatoare de timp ale taxonomiei tradiționale. Paul Hebert, biolog molecular la Universitatea din Guelph din Canada, își amintește o noapte umedă și tulbure pe care și-a petrecut-o petrecut colectând insecte într-o foaie ca cercetător postdoctoral în Noua Guinee.
„Când le-am sortat morfologic a doua zi, ne-am dat seama că există mii de specii care au intrat”, spune Hebert. Mulți, din câte a putut spune, nu au fost niciodată descriși de știință. „Mi-am dat seama că, într-o seară, am întâlnit suficiente exemplare pentru a mă ține ocupat tot restul vieții”, spune el.
Hebert continuă: „În acel moment am stat destul de mult ... mi-am dat seama că taxonomia morfologică nu poate fi modalitatea de a înregistra viața pe planeta noastră.” Și-a dat colecțiile de exemplare și a trecut la alte cercetări în biologia evolutivă arctică ... „habitatele cu cea mai mică diversitate de specii pe care le-am putut găsi”, în cuvintele sale, dar subiectul măsurării biodiversității Pământului a rămas întotdeauna în spatele minții sale.
Tehnologia a continuat să avanseze la mijlocul anilor 1990, permițând cercetătorilor să izoleze și să analizeze biți mai mici și mai mici de ADN. Hebert, care lucra în Australia ca cercetător în vizită, a decis să înceapă „să se joace” în secvențierea ADN-ului diferitelor organisme și să caute o singură secvență care să poată fi ușor izolată și folosită pentru a distinge rapid speciile. „M-am bazat pe această regiune genică mitocondrială ca fiind eficientă în multe cazuri”, spune el. Acesta a fost COI.
Hebert a decis să-și testeze metoda în propria sa curte, colectând zeci de insecte și codificându-le. A descoperit că poate distinge ușor erorile. "M-am gândit" Hei, dacă funcționează pe 200 de specii din curtea mea, de ce nu va funcționa pe planetă? "
Și, cu unele excepții, are.
Folosind această tehnică, cercetătorii din studiul savanei din 2013 au putut să îmbine dietele variate ale acestor animale coexistente. „Am putea spune tot ce mâncau animalele din codurile de barcodare”, spune W. John Kress, curator de botanică la Muzeul Național de Istorie Naturală din Smithsonian, care a colaborat la studiu. Prin informarea managerilor și oamenilor de știință a animalelor sălbatice cu exactitate cu ce hrănește fiecare animal, aceste rezultate „ar putea avea un impact direct asupra proiectării de noi zone de conservare pentru aceste animale”, spune Kress.
De asemenea, a oferit ecologilor o imagine mai mare a modului în care întregul ecosistem funcționează împreună. „Acum puteți vedea cum aceste specii coexistă de fapt în savană”, spune Kress. Astăzi însăși ideea a ceea ce face ca o specie să se schimbe, datorită codificării ADN-ului și a altor tehnici genetice.
S-ar putea să nu pară mult, înțelept cu verdeață. Dar cumva, savana africană susține o varietate de ierbivore iconice. Codificarea de bare a ADN-ului ajută să arate cum. (Cultura RM / Alamy) Încă din zilele lui Darwin, taxonomistii au cernut specii pe baza a ceea ce puteau observa. Adică dacă pare o rață, merge ca o rață și sună ca o rață - aruncă-o în grămada de rațe. Apariția secvențierii ADN-ului în anii 1980 a schimbat jocul. Acum, citind codul genetic care face un organism ceea ce este, oamenii de știință ar putea obține noi idei despre istoria evolutivă a speciilor. Cu toate acestea, compararea a milioane sau miliarde de perechi de baze care alcătuiesc genomul poate fi o propunere costisitoare și consumatoare de timp.
Cu un marker precum Cytochrome c oxidază I, puteți identifica aceste distincții mai rapid și mai eficient. Codarea de bare vă poate spune în câteva ore - care este cât durează secvența unui cod de bare ADN într-un laborator de biologie moleculară bine echipat - că două specii care arată exact la fel pe suprafață sunt substanțial diferite la nivel genetic. Chiar anul trecut, oamenii de știință din Chile au utilizat codurile de bare ADN pentru a identifica o nouă specie de albine pe care cercetătorii de insecte au ratat-o în ultimii 160 de ani.
Lucrând cu Hebert, experți precum curatorul de entomologie al Muzeului Național de Istorie Naturală John Burns au reușit să distingă multe organisme care au fost crezute cândva a fi aceeași specie. Avansele tehnicii permit acum cercetătorilor să prezinte exemplare de muzeu cu coduri de bare din anii 1800, spune Burns, deschizând posibilitatea reclasificării definițiilor de specii îndelungate. La un an după ce Hebert a evidențiat codarea ADN, Burns a folosit-o el însuși pentru a identifica un astfel de caz - o specie de fluture identificată în anii 1700, care s-a dovedit a fi de fapt 10 specii separate.
Stabilirea definițiilor de specii neplăcute are ramificări în afara universității. Acesta poate oferi oamenilor de știință și parlamentarilor un sens mai bun al numărului și sănătății unei specii, informații cruciale pentru protejarea acestora, spune Craig Hilton-Taylor, care gestionează „Lista Roșie” a Uniunii Internaționale pentru Conservarea Naturii. În timp ce organizația se bazează pe diferite grupuri de experți, care pot lucra din perspective diferite cu privire la modul cel mai bun de a defini o specie, codul de bare ADN a ajutat multe dintre aceste grupuri să discrimineze mai precis între specii diferite.
„Îi rugăm să se gândească la toate noile dovezi genetice care vin acum”, spune Hilton-Taylor despre procedurile UICN astăzi.
Deși inovatoare, tehnica originală de codare a barelor a avut limitări. De exemplu, a funcționat doar la animale, nu la plante, deoarece gena COI nu a mutat destul de repede în plante. În 2007, Kress a ajutat la extinderea tehnicii lui Hebert prin identificarea altor gene care se mută la fel de rapid în plante, permițând studii precum savana.
Kress își amintește cum, începând cu 2008, el și un fost coleg de-al său, ecologul Universității din Connecticut, Carlos García-Robledo, au folosit codurile ADN pentru a compara diferitele plante cu care se hrăneau diferite specii de insecte din pădurea din Costa Rica. Au fost capabili să colecteze insectele, să le macine și să secvențeze rapid ADN-ul de la guta lor pentru a determina ce mâncau.
Anterior, García-Robledo și alți oameni de știință ar fi fost nevoiți să urmărească obositor insectele din jur și să-și documenteze dietele. "Un cercetător poate dura ani pentru a înțelege pe deplin dietele unei comunități de ierbivore insecte dintr-o pădure tropicală fără ajutorul codurilor de bare ADN", a declarat Garcá-Robledo pentru Smithsonian Insider într-un interviu din 2013.
De atunci au reușit să extindă acea cercetare analizând modul în care numărul de specii și dietele lor diferă la altitudini diferite și cum temperaturile în creștere ale schimbărilor climatice ar putea afecta acest lucru, deoarece speciile sunt obligate să se deplaseze din ce în ce mai mult. „Am dezvoltat o rețea completă și complexă de interacțiune dintre insecte și plante, ceea ce era imposibil de făcut înainte”, spune Kress.
„Deodată, într-un mod mult mai simplu, folosind ADN, am putea urmări, cuantifica și repeta aceste experimente și a înțelege aceste lucruri într-o manieră mult mai detaliată”, adaugă el. Kress și alți cercetători utilizează acum coduri de bare pentru a analiza probele de sol pentru comunitățile organismelor care le locuiesc, spune el. De asemenea, codul de bare are o promisiune că va ajuta la identificarea rămășițelor de material genetic găsite în mediu.
„Pentru ecologiști, spune Kress, „ codul de bare ADN deschide într-adevăr un mod cu totul diferit de a urmări lucrurile în habitate unde nu le puteam urmări înainte. ”
Permițând oamenilor de știință să analizeze o genă specifică în loc să necesite secvențarea genomelor întregi și să le compare, Hebert spera că metoda sa ar permite analiza genetică și identificarea să fie efectuată mult mai rapid și mai ieftin decât secvențarea completă. „Ultimii 14 ani au arătat că funcționează mult mai eficient și este mult mai simplu de implementat decât mă anticipasem”, spune el acum.
Dar încă vede loc pentru progres. „Ne confruntăm cu date inadecvate în ceea ce privește abundența și distribuția speciilor”, spune Hebert despre conservatori. Îmbunătățirea rapidă a tehnologiei pentru a analiza eșantioanele de ADN mai rapid și cu mai puține materiale necesare împerecheate cu codul de bare ADN oferă o cale de ieșire, spune Hebert, cu scanerele moderne deja capabile să citească sute de milioane de perechi de baze în ore, în comparație cu miile de perechi de baze care ar putea fi citit în același timp de tehnologia anterioară.
Hebert prevede un viitor în care ADN-ul este colectat și secvențiat automat de la senzori din întreaga lume, permițând conservatorilor și taxonomiștilor să acceseze cantități vaste de date despre sănătatea și distribuția diferitelor specii. Lucrează acum pentru organizarea unei biblioteci la nivel mondial de coduri de bare ADN pe care oamenii de știință le pot folosi pentru a identifica rapid un exemplar necunoscut - ceva precum un Pokedex din viața reală.
„Cum ai prezice schimbările climatice dacă ai citi temperatura într-un moment al planetei sau într-o zi pe an?”, Subliniază Hebert. „Dacă vom avea o seriozitate cu privire la conservarea biodiversității, trebuie doar să ne schimbăm părerile cu privire la cantitatea de monitorizare care va fi necesară.”
