Neil Gemmell mempunyai rancangan rahsia untuk mencari tempat di mana Nessie the Loch Ness Monster.
Kandungan Terkait
- Kunci untuk Melindungi Kehidupan di Bumi Mungkin Menjadi Barcoding
- Tidak lama kemudian, Anda Boleh Memaklumkan jika Ikan Akuarium Anda Ditangkap Dengan Sianida
- Spesies Terancam? Sains kepada Penyelamat (Genetic)!
- Para saintis boleh memberitahu apa ikan hidup di mana berdasarkan DNA dalam air
Tidak, betul, dia fikir ini melalui. Sekiranya terdapat sesuatu yang besar dan pelik yang tinggal di Loch, ia akan menghancurkan sel-sel yang penuh dengan DNA seperti apa-apa lagi. Mungkin banyak. Dan walaupun kita tidak mempunyai dino-DNA di perpustakaan rujukan untuk memeriksa sampel, Gemmell, seorang profesor genomik di University of Otago di New Zealand, mengatakan kita tahu cukup tentang apa yang sepatutnya untuk memberitahu sama ada ada sebuah plesiosaur yang hidup di Scotland masa kini.
Apa yang anda perlukan adalah satu cara untuk menentukan sama ada ada DNA plesiosaur yang terapung di dalam kedalaman yang berair ini. Masukkan eDNA. Tidak, itu bukan versi elektronik DNA. Dalam istilah yang paling mudah, eDNA adalah apa yang dipanggil ahli sains apa-apa bahan genetik yang diperoleh daripada alam sekitar dan bukannya makhluk itu sendiri. Dan sementara eDNA secara teknikal dapat dijumpai bersembunyi di dalam tanah atau udara, air adalah medium yang sangat berguna kerana ia dapat dikumpulkan dengan mudah, tegang dan berkurang.
Campurkan segelas air dari arus halaman belakang anda dan tahan sehingga cahaya. Mereka yang berlumpur, berpusing air penuh dengan kesan kehidupan yang tidak dapat dilihat. Dari kolam ikan mas ikan dinky di pusat membeli-belah ke ombak yang mengetuk di tepi pantai, setiap badan air adalah buburan sel-sel buasir. Lebih-lebih lagi, para saintis baru-baru ini telah menghasilkan kaedah-kaedah yang membolehkan mereka menyaring urutan DNA dalam buburan untuk membezakan antara kepiting biru, ikan paus biru atau Loch Ness Monster-tanpa mengawasi haiwan itu sendiri.
Untuk menjadi jelas, Gemmell tidak bertaruh mengenai kemungkinan mencari plesiosaur di Loch Ness. Tetapi dia sanggup membuat taruhan pada kekuatan eDNA untuk membantu kami merangka strategi pemuliharaan baru, dan bahkan menyelesaikan beberapa misteri ekologi yang paling berterusan pada masa kita.
Potensi teknik ini sangat luas: Di Croatia, saintis menggunakannya untuk mencari gua untuk salamander akuatik buta yang tidak berwarna yang dikenal sebagai naga gua, atau olm. Di Amerika Tenggara, eDNA memberitahu kita berapa banyak amfibia gergasi, yang dikenali sebagai neraka neraka telah merosot di seluruh julat sejarah mereka. Di Asia, penyelidik hanya membuktikan bahawa eDNA juga boleh digunakan untuk mengkaji ubur-ubur seperti jelatang laut Jepun. Dan di Australia, para saintis mendapati bahawa ujian serupa dapat digunakan untuk mempelajari aktiviti pemijahan di Macquarie yang terancam.
"Saya benar-benar tidak mahu dikenali sebagai lelaki yang mencari Monster Loch Ness, " kata Gemmell. "Tetapi saya fikir ia adalah cangkuk besar untuk mendapatkan orang bercakap tentang eDNA."
Sebuah porpoise tanpa bawaan Yangtze di Institut Hidrobiologi di bawah Akademi Sains China, di Wuhan, Provinsi Hubei China tengah, 10 Mei 2016. Penduduk porpoise yang tidak berkesudahan, menurut saintis, kurang daripada 1, 000 orang. (Xinhua / Alamy) Untuk memberi anda idea mengenai apa yang kelihatan seperti eDNA, bayangkan anda membuat roti dan anda hanya tersebar sekumpulan tepung di kaunter. Selepas anda memecahkan roti untuk seketika, sedikit debu yang tersisa? Itulah pada dasarnya apa yang boleh diambil dari satu liter air yang diambil dari Sungai Hudson, kata Mark Stoeckle, pensyarah penyelidikan kanan di Program Universiti Rockefeller untuk Alam Sekitar. Hanya eDNA tidak berwarna putih. It's duck-brown.
Dan bagi haiwan yang tidak seperti hipotesis seperti Nellie, bahan yang berwarna coklat merah itu memegang janjinya. Lihatlah kesusasteraan saintifik dan anda akan mendapati bahawa eDNA telah digunakan di seluruh dunia untuk lebih memahami perilaku dan dinamika populasi spesies kritikal.
Salah satu contohnya ialah porpoise Yangtze tanpa hikmah, satu subjek yang sukar untuk diteliti. Sebagai permulaan, terdapat kurang daripada 1, 050 ekor haiwan yang tersisa, menghasilkan spesies status yang terancam oleh Kesatuan Antarabangsa untuk Pemuliharaan Alam. Lebih-lebih lagi, porpoise (seperti namanya mencadangkan) kurang sirip dorsal, yang bermaksud mereka hampir tidak memecahkan permukaan apabila muncul untuk bernafas, dan kulit mereka sama warna abu-abu gelap seperti air yang mereka tinggal.
"Saya boleh mengatakan saya tidak pernah melihatnya di alam liar, " kata Kathryn Stewart, ahli biologi di Institut Biodiversiti dan Dinamik Ekosistem Universiti Amsterdam. Tetapi terima kasih kepada eDNA, itu tidak menghalang Stewart daripada mengkaji spesies ini. "Dengan menggunakan eDNA, kita dapat mengurangkan kos dan masa yang diperlukan untuk persampelan yang komprehensif dan tepat, yang sentiasa menjadi perhatian kepada kerja-kerja pemuliharaan, terutamanya di negara-negara membangun di mana keutamaan dan wang seringkali rendah, " katanya.
Akhirnya, matlamatnya adalah untuk mengetahui faktor-faktor apa yang paling banyak menyumbang kepada kemerosotan porpoise-dan dengan cepat. Menurut IUCN, spesies ini berada pada risiko kepupusan "sangat tinggi" dalam masa tiga generasi berikutnya. "Bendungan, jurang insang dan peningkatan trafik bot semuanya kelihatan seperti taruhan yang baik, tetapi mengingat betapa beratnya hewan itu untuk mengesan, itu tidak mungkin untuk mengetahui di mana tempat tinggal terakhir spesies adalah dan apa yang menjadikan kawasan ini lebih dihuni daripada longgokan sungai di mana mamalia marin digunakan untuk berkembang maju.
Sekarang, Stewart sedang berusaha untuk mengembangkan cara-cara untuk eDNA untuk tidak hanya mendedahkan sama ada spesies ada atau tidak hadir, tetapi bagaimana spesies yang berlimpah itu mungkin berada dalam air yang diberikan. Hasilnya kemudiannya dapat dikaitkan dengan maklumat lain-kehadiran spesies mangsa tertentu, contohnya, atau berdekatan dengan kawasan-kawasan yang padat dengan kediaman manusia-untuk menentukan keadaan apa yang dimiliki oleh pestisida Yangtze tanpa batas dapat diterima dengan baik.
"Jelas sekali terdapat banyak kerja yang menyinggung perasaan yang dapat mengoptimumkan teknik-teknik eDNA untuk spesies dan persekitaran yang berbeza, " kata Stewart, "tetapi untuk sebahagian besar, ia adalah satu langkah besar ke hadapan-sebuah revolusi jika anda akan untuk biologi pemuliharaan."
Walaupun Sungai Hudson New York mungkin tidak kelihatan seperti benteng kepelbagaian biologi, ia adalah satu ekosistem yang sangat menarik dan mencabar untuk penyelidik eDNA. (Gavin Hellier / Alamy) DNA adalah molekul yang berbeza. Dalam beberapa cara, ia amat mengerikan, bertahan beratus-ratus tahun yang ditumbuk di dalam batu padat atau suhu mendidih yang terdapat di seberang lubang hidroterma laut dalam (walaupun tidak, peminat Jurassic Park, ia mungkin tidak dapat bertahan dalam serangga berlapis ambar untuk berjuta-juta tahun). Dengan cara lain, ia sangat rapuh: DNA juga boleh dipecahkan oleh cahaya matahari, pergolakan air dan bahan kimia tertentu.
Tetapi apabila anda turun ke bawah, kualiti mana yang menang?
Itulah soalan Stoeckle, Universiti Rockefeller dan rakan-rakannya untuk menjawab pada tahun lepas. Pasukan ini menghabiskan enam bulan mengumpul sampel air mingguan dari dua sungai New York City untuk melihat apa yang di dalam eDNA dapat memberitahu kami tentang spesies ikan yang tinggal di sana. The Big Apple mungkin tidak menyerang paling banyak sebagai salah satu habitat akuatik yang paling murni atau berwarna-warni di Bumi, tetapi Stoeckle mengatakan pertemuan semua air tawar dan air masin menjadikan kawasan kajian yang sangat menarik dan mencabar untuk ujian eDNA.
Stoeckle ingin tahu: Adakah DNA begitu kuat yang mengamalkan pelabuhan akan mengembalikan pelbagai jenis spesies dari gunung berapi dan tebing sungai ke muara pantai, lautan terbuka, dan laut dalam? Atau apakah DNA begitu rapuh sehingga ia hilang atau terdegradasi sebelum kita dapat mengumpulnya menganalisisnya? Kerana ternyata, jawapannya terletak di antara.
"Bukan sahaja kita dapati jenis ikan yang betul, tetapi kami dapati mereka pada masa yang tepat, " kata Stoeckle. "Pada musim sejuk, apabila para nelayan akan memberitahu anda tidak sepatutnya meletakkan garisan di dalam air, kami mendapat sedikit eDNA ikan atau tidak. Kemudian, bermula pada bulan April dan Mei, kami mendapat pemulihan DNA ikan secara berterusan sehingga kira-kira pertengahan musim panas apabila anda mendapat 10 hingga 15 spesies dalam sampel purata. "
Dalam erti kata lain, penemuan Stoeckle, yang diterbitkan dalam jurnal PLOSONE pada bulan April ini, mengesahkan semula apa yang telah kita ketahui mengenai migrasi ikan di pelabuhan New York: sebagai contoh, bass laut hitam bergerak ke luar pesisir di musim sejuk dan kembali ke pelabuhan pada musim bunga.
Dan itu penting. Walaupun kajian itu mungkin akan mendapat berita lebih banyak jika mereka mendapati DNA buaya meresap keluar dari pembetung (atau Nessie!), Keputusan ini jauh lebih penting kerana ia dijangka. Itu kerana eDNA masih merupakan alat yang agak baru, dan jika ia akan diambil dengan serius, ia perlu ditentukur berbanding dengan data yang boleh dipercayai yang dikumpulkan dari kaedah yang mungkin diganti satu hari nanti.
Tetapi mungkin janji terbesar yang ditawarkan oleh eDNA? Potensi para saintis menjalankan sains gila-sejuk di titik harga yang murah.
Pandangan East River di New York City, salah satu laman koleksi Stoeckle. (Mark Stoeckle) Kebanyakan apa yang kita tahu mengenai migrasi ikan datang dari menjatuhkan tan jaring dan memilih melalui apa yang muncul, atau menggunakan ping solar untuk membuat gambaran tentang apa yang berlaku di bawah. Di sungai dan sungai yang lebih kecil, saintis boleh menggunakan tongkat elektrik untuk mencetuskan ikan dan makhluk akuatik yang lain, membolehkan mereka menjalankan kaji selidik yang agak teliti walaupun makhluk-makhluk yang sneakiest. Tetapi semua kaedah ini memerlukan dua perkara dalam jumlah besar: masa dan wang.
"Semua orang yang melakukan tinjauan kehidupan marin ingin meningkatkan kekerapan dan ketumpatan pensampelan, " kata Jesse Ausubel, salah seorang pengasas dan pemimpin Banci Kehidupan Marin. Tetapi Ausubel mengatakan ia boleh menelan kos antara $ 10, 000 dan $ 150, 000 sehari untuk menyewa kapal, yang sangat mengehadkan berapa kali para saintis dapat menurunkan jaring mereka atau menghidupkan alat sonar mereka.
"Hasilnya terdapat jurang besar dalam apa yang kita tahu, " kata Ausubel, yang juga pengarah Program Rockefeller University untuk Alam Sekitar, di mana dia memimpin kumpulan Stoeckle adalah sebahagian daripada.
Mujurlah, kemajuan baru dalam teknologi penjujukan DNA telah membawa kos yang dikaitkan dengan pengiraan eDNA ke kira-kira $ 50 sampel. Ini bermakna saintis boleh mengumpul sampel dan menjalankan tinjauan lebih kerap daripada yang mereka mampu untuk menggunakan kaedah pengawasan tradisional. Dan tidak seperti mengenal pasti spesies berdasarkan sifat fizikalnya-kemahiran rumit yang memerlukan banyak pengalaman dan masih boleh menghasilkan sampel data palsu-eDNA boleh dikumpulkan dengan mudah oleh sesiapa saja dengan sedikit latihan dan bekas steril.
Akhirnya, tidak seperti trawling, sonar, atau elektrofishing, pensampelan eDNA hampir tidak berkurangan. Ini menjadikan teknik ini sangat menarik untuk meninjau spesies yang sudah ada pada tali. Bagi Stewart, ini adalah salah satu perkara terbaik untuk menggunakan eDNA: Ia membolehkannya bertanya soalan tentang porpoise Yangtze tanpa menambah lebih banyak trafik bot ke habitatnya.
Stewart menunjukkan bahawa eDNA mungkin sangat penting bagi negara-negara membangun, kerana mereka sering mempunyai tahap endemisme yang tinggi dan meningkatkan risiko kehilangan spesies sementara juga mempunyai sumber yang lebih sedikit untuk melabur dalam pemuliharaan. "Walaupun kita mahu melindungi sebanyak mungkin kepelbagaian biodiversiti, realitinya adalah kita perlu membuat keputusan yang sukar mengenai di mana dan bagaimana untuk membiayai pemuliharaan, " katanya. Dan dengan eDNA, kita boleh membuat dana yang terhad itu jauh lebih jauh.
Lebih-lebih lagi, melestarikan haiwan yang diketahui, eDNA juga boleh membantu ahli biologi mendedahkan spesies tersembunyi berenang di bawah hidung kita. David Lodge, seorang ahli biologi di Universiti Cornell dan pengarah Atkinson Centre untuk Masa Depan yang Mampan, menunjuk kepada potensi menggunakan teknik ini dalam ekosistem seperti tasik Tanganyika yang terlalu banyak dicari di Afrika. Walaupun para penyelidik tahu bahawa tasik itu memakan banyak ikan cichlid, mungkin ada spesies yang masih belum dapat ditemui.
"Kami percaya bahawa kami akan mendedahkan spesies kepelbagaian gelap di luar sana yang tidak pernah diterangkan, " kata Lodge semasa Sidang Kemuncak Optimisme Bumi Smithsonian, perhimpunan warga pemeliharaan, saintis dan aktivis yang berfikiran pemeliharaan, awal bulan ini.
Sebuah toadfish tiram, spesies "menarik" yang biasa dijumpai di pelabuhan New York, menurut Stoeckle. (barrierislandnaturalist) Sementara itu, orang-orang seperti Gemmell menimbulkan minat terhadap idea itu. Gemmell mengatakan bahawa selepas beberapa Tweet tentang menggunakan eDNA untuk mencari Nessie, dia lebih banyak minat dalam kerja eDNA sebenar yang dilakukannya di New Zealand dalam tempoh dua minggu yang lalu daripada yang dilihat dalam dua tahun mengumpul dan menguji sampel air secara penuh hati.
Bahawa kerja-kerja eDNA sebenar, dengan cara itu, melibatkan penggunaan eDNA untuk mengesan rumpai laut dan tunicates invasif sebelum mereka dapat mengambil di perairan New Zealand. Sekarang ini, kita benar-benar hanya sedar akan makhluk-makhluk tersebut setelah mereka memegang. Tetapi jika ujian eDNA rutin jalan air mendedahkan kehadiran makhluk-makhluk tersebut cukup awal, kita mungkin dapat menyerang, menyerang serangan awal hampir sebelum mereka memulakan.
Malangnya, pemburuan raksasa Scotland mungkin perlu menunggu sehingga seseorang mahu membiayai beberapa pembiayaan. Tetapi Stoeckle berkata dia suka idea itu, dan tidak melihat apa-apa had teknikal mengapa ia tidak akan berfungsi. "Satu-satunya masalah, " kata Stoeckle, "sama ada Monster Loch Ness sebenarnya wujud."
Dan jika dia tidak? Itu masalah walaupun ahli sains yang menggunakan eDNA tidak dapat menyelesaikannya.
