Neil Gemmell má tajný plán pro nalezení místa pobytu Nessie Loch Ness Monster.
Související obsah
- Klíčem k ochraně života na Zemi může být čárový kód
- Brzy byste mohli být schopni zjistit, zda vaše akváriové ryby byly chyceny kyanidem
- Ohrožené druhy? Věda pro (genetickou) záchranu!
- Vědci mohou na základě DNA ve vodě říct, co ryby žijí
Ne, opravdu si to promyslel. Pokud by v Lochu žilo něco velkého a zvláštního, odhodilo by to buňky plné DNA jako cokoli jiného. Pravděpodobně hodně. A i když v referenční knihovně nemáme žádnou dino-DNA pro kontrolu vzorků proti, Gemmell, profesor genomiky na University of Otago na Novém Zélandu, říká, že víme dost o tom, jak by mělo vypadat, abychom řekli, zda existuje plesiosaur žijící v dnešním Skotsku.
Vše, co potřebujete, je tedy způsob, jak určit, zda se v těchto hloubkách vody vznáší nějaká plesiosaurová DNA. Zadejte eDNA. Ne, nejedná se o elektronickou verzi DNA. Zjednodušeně řečeno, eDNA je to, co vědci nazývají spíše genetickým materiálem získaným z prostředí než samotným tvorem. A i když lze eDNA technicky najít jako úkryt v půdě nebo ve vzduchu, voda je obzvláště užitečné médium, protože ji lze tak snadno shromažďovat, napínat a snižovat.
Naberte ze svého dvorku sklenici vody a přidržte ji ke světlu. Ty zablácené, vířící vody jsou plné neviditelných stop života. Od špinavého rybníka rybníka v obchoďáku až po vlny lapající se na pobřeží, každé vodní útvar je kalem odloučených buněk. Vědci navíc nedávno vymysleli metody, pomocí kterých mohou prosáknout sekvence DNA v této břečce, aby rozlišili mezi modrým krabem, modrou velrybou nebo dokonce Loch Ness Monster - aniž by někdy upírali zrak na samotné zvíře.
Abych byl zcela jasný, Gemmell nesázel na možnost najít plesiosaura v Loch Ness. Je však ochoten vsadit na sílu eDNA, aby nám pomohl vymyslet nové strategie zachování, a dokonce vyřešit některé z nejtrvalejších ekologických záhad naší doby.
Potenciál této techniky je obrovský: V Chorvatsku ji vědci používají k hledání jeskyní pro slepého, bezbarvého vodního mloka známého jako drak jeskyně nebo olm. Na americkém jihovýchodě nám eDNA říká, kolik obrovských, tajných obojživelníků, známých jako pekelníci, poklesli v celé své historické šíři. V Asii vědci jen prokázali, že eDNA lze také použít ke studiu medúzy, jako je japonská mořská kopřiva. V Austrálii vědci zjistili, že podobné testy lze použít ke studiu reprodukční činnosti v ohrožených okurkách Macquarie.
"Opravdu nechci být znám jako chlap, který hledá monstrum Loch Ness, " říká Gemmell. "Ale myslím si, že je to skvělý háček, jak přimět lidi mluvit o eDNA."
Yangtze finless porpoise v Hydrobiologickém ústavu Čínské akademie věd ve Wu-chanu, centrální čínská provincie Hubei, 10. května 2016. Podle vědců je současná populace bezpoutinového porpoise méně než 1 000. (Xinhua / Alamy) Chcete-li si udělat představu o tom, jak vypadá eDNA, představte si, že děláte chléb, a právě jste rozptýlili spoustu mouky přes přepážku. Po chvilce hnětení bochníku, trochu prachu, který zbyl? To je v podstatě to, co může získat z litru vody odebraného z řeky Hudson, říká Mark Stoeckle, vedoucí výzkumný pracovník v programu Rockefeller University pro lidské životní prostředí. Pouze eDNA není bělená bílá. Je bahenně hnědá.
A pro zvířata, která nejsou tak hypotetická jako Nellie, je tento materiál z hnědo-hnědé barvy opravdu slibný. Prohlédněte si vědeckou literaturu a zjistíte, že eDNA se již používá po celém světě k lepšímu pochopení chování a dynamiky populace kritických druhů.
Jedním z příkladů je Yangtzeův finální portrét, notoricky obtížné studium. Pro začátek zbývá méně než 1 050 zvířat, což mezinárodnímu druhu přináší kriticky ohrožený status Mezinárodní unie pro ochranu přírody. A co víc, porpoise (jak napovídá jejich název) postrádají hřbetní ploutev, což znamená, že při příchodu k dýchání stěží rozbijí povrch a jejich kůže je stejně tmavě šedý odstín jako vody, které obývají.
„Upřímně mohu říci, že jsem nikdy jednoho neviděl ve volné přírodě, “ říká Kathryn Stewart, biologka z Institutu biologické rozmanitosti a dynamiky ekosystémů University of Amsterdam. Ale díky eDNA to Stewartovi nebrání studovat tento kryptický druh. „Využitím služby eDNA dokážeme snížit náklady a čas potřebný pro komplexní a přesné vzorkování, což je vždy starostí o zachování zdrojů, zejména v rozvojových zemích, kde jsou priority a peníze často nízké, “ říká.
Cílem je nakonec zjistit, jaké faktory nejvíce přispívají k poklesu porpoise - a rychle. Podle IUCN je tento druh „v extrémně vysokém“ riziku vyhynutí během pouhých tří generací. “Přehrady, tenatové sítě a zvýšená lodní doprava se zdají jako dobré sázky, ale vzhledem k tomu, jak těžká zvířata mají sledovat, je to téměř nemožné zjistit, kde jsou poslední výlovy tohoto druhu a co činí tyto oblasti obyvatelnějšími než rozsáhlé úseky řeky, kde mořští savci prosperovali.
Nyní, Stewart pracuje na vývoji způsobů, jak pro eDNA nejen odhalit, zda je druh přítomen, nebo nepřítomen, ale jak hojný by tento druh mohl být v daném úseku vody. Tyto výsledky by pak mohly být ve vzájemném vztahu s jinými informacemi - například přítomností určitých druhů kořisti nebo blízkostí oblastí s hustým lidským obydlím - a určovat, za jakých podmínek může Yangtzeův konečný portrét nejlépe tolerovat.
"Je zřejmé, že existuje spousta práce zaměřené na bolest, která se zaměřuje na optimalizaci technik eDNA pro různé druhy a prostředí, " říká Stewart, "ale z velké části je to obrovský krok vpřed - revoluce, pokud budete - pro biologii ochrany."
Zatímco řeka Hudson v New Yorku nemusí vypadat jako bašta biologické rozmanitosti, je to pro výzkumníky eDNA zvláště zajímavý a náročný ekosystém. (Gavin Hellier / Alamy) DNA je molekula kontrastů. V některých ohledech je to působivě vytrvalé, přežívající stovky tisíc let uložené v pevném kameni nebo teploty blízké varu nalezené u hlubokomorských hydrotermálních průduchů (i když ne, fanoušci Jurského parku, pravděpodobně u přežhaveného hmyzu pravděpodobně nepřežijí miliony let). Jinými slovy, je to velmi křehké: DNA může být také rozložena slunečním zářením, vodní turbulencí a určitými chemikáliemi.
Ale když se k tomu dostanete přímo, která kvalita vyhraje?
To je otázka, kterou Stoeckle z Rockefellerovy univerzity a jeho kolegové v loňském roce odpověděli. Tým strávil šest měsíců shromažďováním týdenních vzorků vody ze dvou řek v New Yorku, aby zjistil, co nám může eDNA říci o druzích ryb, které tam žijí. Velké jablko nemusí stávkovat jako jedno z nejvíce nedotčených nebo barevných vodních stanovišť na Zemi, ale Stoeckle říká, že soutok všeho, co sladká a slaná voda vytváří pro zajímavou a náročnou studijní oblast pro testování eDNA.
Stoeckle chtěl vědět: Je DNA tak robustní, že vzorkování přístavu by vrátilo závratnou řadu druhů z horských toků a říčních břehů k pobřežním ústí řek, otevřenému oceánu a hlubokému moři? Nebo byla DNA tak křehká, že zmizela nebo degradovala, než jsme ji mohli shromáždit a analyzovat? Jak se ukázalo, odpověď leží mezi tím.
"Nejen, že jsme našli správné druhy ryb, ale také jsme je našli ve správný čas, " říká Stoeckle. "V zimě, když vám rybáři řeknou, že nestojí za to dát si do vody linii, dostaneme velmi málo nebo žádnou rybu eDNA." Poté, počínaje dubnem a květnem, získáváme stále rostoucí regeneraci rybí DNA až do poloviny léta, kdy získáte průměrný vzorek 10 až 15 druhů. “
Jinými slovy, Stoeckleova zjištění, zveřejněná v časopise PLOSONE letos v dubnu, znovu potvrdila to, co jsme již věděli o migraci ryb v newyorských přístavech: například, že černý mořský vlk se v zimě pohybuje mimo pobřeží a na jaře se vrací do přístavu.
A to je rozhodující. I když by studie pravděpodobně získala mnohem více titulků, kdyby zjistili, že aligátorová DNA vytéká ze stok (nebo Nessie!), Jsou tyto výsledky mnohem důležitější, protože se očekávají. Je to proto, že eDNA je stále relativně novým nástrojem, a pokud se bude brát vážně, musí být kalibrován na spolehlivá data shromážděná z metod, které může jednoho dne nahradit.
Ale možná největší slib, který nabízí eDNA? Možnost, aby vědci vedli bláznivou vědu za bláznivě levnou cenu.
Pohled na New York City East River, jedno ze Stoeckleových sbírkových míst. (Mark Stoeckle) Většina toho, co víme o migraci ryb, pochází z vyhození tun sítí a prohledávání toho, co přichází, nebo pomocí solárních pingů k vytvoření snímku toho, co se děje níže. V menších potokech a řekách mohou vědci používat elektrifikované hůlky k omračování ryb a jiných vodních tvorů, což jim umožňuje provádět poměrně důkladné průzkumy i těch nejkriktivějších tvorů. Ale všechny tyto metody vyžadují dvě věci ve velkém množství: čas a peníze.
"Každý, kdo provádí průzkumy mořského života, by chtěl zvýšit frekvenci a hustotu odběru vzorků, " říká Jesse Ausubel, jeden ze zakladatelů a vůdců sčítání lidského života. Ale Ausubel říká, že pronájem lodi může stát 10 000 až 150 000 USD denně, což vážně omezuje, kolikrát si vědci mohou dovolit vypustit sítě nebo zapnout sonarová zařízení.
"Výsledkem jsou obrovské mezery v tom, co víme, " říká Ausubel, který je také ředitelem Programu pro lidské prostředí Rockefellerovy univerzity, kde vede skupinu Stoeckle.
Naštěstí nedávný pokrok v technologii sekvenování DNA snížil náklady spojené s analýzami eDNA na zhruba 50 USD za vzorek. To znamená, že vědci mohou shromažďovat vzorky a provádět průzkumy mnohem častěji, než by si mohli dovolit pomocí tradičních monitorovacích metod. A na rozdíl od identifikace druhu založeného na jeho fyzických vlastnostech - složité dovednosti, která vyžaduje spoustu zkušeností a stále dokáže vytvářet falešná data - vzorky eDNA může relativně snadno shromáždit kdokoli s trochou výcviku a sterilním kontejnerem.
A konečně, na rozdíl od vlečných sítí, sonarů nebo elektrofishingu, vzorkování eDNA je prakticky bez dopadu. Díky tomu je technika obzvláště přitažlivá pro průzkum druhů, které jsou již na lanech. Pro Stewart je to jedna z nejlepších věcí, které se týkají používání eDNA: Umožňuje jí klást otázky týkající se sviňáků Yangtze, aniž by do jejich stanovišť přidávala ještě větší lodní provoz.
Stewart poukazuje na to, že eDNA může být zvláště důležitá pro rozvojové země, protože často mají vysokou úroveň endemismu a zvýšené riziko úbytku druhů a zároveň mají méně zdrojů na investice do ochrany. "I když chceme chránit co nejvíce biologické rozmanitosti, realitou je, že musíme činit tvrdá rozhodnutí o tom, kde a jak financovat ochranu, " říká. A s eDNA můžeme tyto omezené prostředky dostat ještě dále.
Kromě toho, kromě ochrany známých zvířat, může eDNA pomoci biologům také odhalit skryté druhy plavající se pod našimi nosy. David Lodge, biolog na Cornell University a ředitel Atkinsonova centra pro udržitelnou budoucnost, poukazuje na potenciál využití této techniky v ekosystémech, jako je africké masivní, ale málo prozkoumávané jezero Tanganyika. Zatímco vědci vědí, že jezero se hemží různými druhy cichlid, je pravděpodobné, že se stále ještě neobjevuje mnohem více druhů.
„Věříme, že odhalíme temnou rozmanitost - druhy, které nebyly nikdy popsány, “ řekl Lodge na summitu Smithsonian's Earth Optimism, shromáždění občanů, vědců a aktivistů zaměřených na zachování přírody, začátkem tohoto měsíce.
Podle Stoeckle je ústřičná muchomůrka „okouzlujícím ošklivým“ druhem, který se běžně vyskytuje v newyorských přístavech. (bariérislandnaturalista) Mezitím ti, jako je Gemmell, o tento nápad vzbuzují zájem. Gemmell říká, že po několika pípáních o používání eDNA k hledání Nessie, měl větší zájem o skutečnou práci eDNA, kterou dělá na Novém Zélandu za poslední dva týdny, než viděl za dva roky poctivého sběru a testování vzorků vody.
Tato skutečná práce eDNA mimochodem zahrnuje použití eDNA k detekci invazivních mořských řas a pláštěnců, než se mohou chytit na novozélandských vodních cestách. V tuto chvíli si o těchto tvorech opravdu uvědomujeme, až se chytí. Pokud však rutinní testování vodních toků eDNA odhalí přítomnost těchto tvorů dostatečně brzy, můžeme být schopni zahájit ofenzívu a zakořenit invaze téměř dříve, než začnou.
Lov skotských monster bude bohužel pravděpodobně muset počkat, dokud někdo nebude chtít financovat. Ale Stoeckle říká, že ten nápad miluje a nevidí žádné technické omezení, proč by to nefungovalo. "Jediným problémem, " říká Stoeckle, "je to, zda Loch Ness Monster skutečně existuje."
A pokud ne? To je problém, který ani vědci ovládající eDNA nedokážou vyřešit.
