Di tengah kabut sejuk dan batu lava hitam, ahli botani Vicki Funk klip batang dari tumbuhan Hawaii berbunga kuning yang dipanggil 'ilima ( Sida fallax ). "Apabila lava keluar ke laut, inilah yang menjajah pulau-pulau baru, " jelasnya.
Kandungan Terkait
- Apa Penyelidikan Genomik Boleh Beritahu Kami Mengenai Biodiversiti Bumi
Funk, seorang penyelidik di Smithsonian National Museum of Natural History, adalah jauh dari Hawaii. Sebaliknya, dia berada di sebuah bilik di konservatori berdinding kaca Botanic Garden di Washington, DC. Dengan cepat memukul batang ke atas kertas bersih nipis, Funk menambahkannya kepada fail tumbuhan yang seperti akordionnya. Setiap dipelihara di antara kertas dan kadbod, diwarnakan dengan selat kayu dan diikat bersama dengan tali oren terang. Sementara itu, pelatih sekolah tinggi dan kolej di makmalnya memotong sampel tisu dari kilang yang sama dan melekatkannya dalam tiub ujian yang disimpan dalam kawah nitrogen cair. Untuk 'ilima, kelajuan adalah intipati. "DNA mula merosot hampir serta-merta, " jelas Funk.
Pada hari Rabu, Funk dan skuadnya berpindah ke taman yang mengambil sampel dari tumbuhan lain seperti pokok kakao, lidah salji, dan tanaman semut, antara lain. Kerja beliau adalah sebahagian daripada Inisiatif Global Genome Smithsonian (GGI), yang memulakan projek taman musim panas yang besar minggu ini.
Sida fallax atau 'ilima tinggal di habitat batu vulkanik di konservatori Taman Botani AS, jauh dari rumah asalnya di Hawaii. (Hilary-Morgan Watt, Institusi Smithsonian) GGI dilancarkan dua tahun yang lalu, dan tujuannya adalah untuk mengekalkan separuh kepelbagaian biodiversiti dunia di repositori di seluruh dunia. Untuk mencapai matlamat ini, para penyelidik telah mencontohi dan menanam tumbuhan, haiwan dan serangga dalam ekspedisi lapangan di seluruh dunia. "Fikirkannya sebagai biologi pemuliharaan abad ke-21, " kata Jon Coddington, ahli entomologi di muzium yang mengawasi projek itu.
Untuk tumbuhan, itu bermakna penggabungan sekolah lama dengan teknik pengumpulan sekolah baru. Pakar-pakar botani telah lama menggunakan mesin kayu untuk mendokumentasikan daun, bunga dan bahkan akar dalam sampel herbarium tradisional. Sekarang, dengan menangguhkan sampel tisu dalam gel silika dan membekukan mereka dalam nitrogen cair, mereka dapat lebih memahami rahsia genetik tumbuhan. Sampel yang ditekan akan dikeringkan untuk membunuh sebarang bug yang tersesat, sementara sampel tisu akan disimpan di dalam bilik kriogenik gergasi di Pusat Sokongan Muzium Institusi di Suitland, Maryland.
Sampel herbarium yang ditekan hanya boleh memberitahu kita banyak tentang tumbuhan kerana DNA mereka merosot dari masa ke masa. Memelihara genetik tumbuhan membuka banyak kemungkinan penyelidikan, tetapi "akses kepada bahan berkualiti genom adalah langkah yang paling terhad dalam genom tumbuhan, " kata Coddington. Cara terbaik untuk memelihara DNA adalah untuk membekukannya dalam nitrogen cair dan menyimpannya di kemudahan seperti repositori Cryogenic Institution-salah satu yang terbesar seumpamanya.
Sampel tisu dari tumbuhan dalam projek Taman GGI akan disimpan di dalam tangki kriogenik yang besar yang diisi dengan nitrogen cair. Pembeku sub-sifar ini boleh memuat sehingga 4 juta sampel. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Penyelidik tahu banyak tentang tumbuh-tumbuhan yang berguna kepada manusia, tetapi terdapat jurang besar dalam pokok keluarga tumbuhan. Sequencing kebanyakan genom tumbuhan boleh mengisi jurang tersebut. Nasib baik, teknologi untuk melakukan itu telah mendapat lebih murah dan lebih cepat dalam dekad yang lalu. "Ia mengambil sepuluh tahun untuk menyusun genom manusia. Sekarang anda dapat melakukannya dalam masa sejam, "kata John Kress, ahli botani di muzium dan Setiausaha Sains Smithsonian.
Kini penyelidik mempunyai sampel genom dari kira-kira tiga peratus genera tumbuhan di seluruh dunia. Sepanjang musim panas, pasukan lapangan-hanya dengan mengumpul di taman-taman dan taman-taman di kawasan Washington, DC-akan berusaha untuk mengambil sampel separuh daripada keluarga tumbuhan dunia. Seterusnya, mereka akan mengambil projek itu di jalan ke taman botani lain. Dalam dua tahun akan datang, saintis berharap untuk mengumpulkan sampel dari separuh tumbuhan genera yang mendiami Bumi. "Melangkah dari tiga hingga 50 peratus, itulah perbezaan besar, " kata Coddington.
Sequencing begitu banyak tumbuhan akan mengambil sedikit masa, walaupun. Buat masa ini, GGI hanya mahu mendapatkan sampel di atas ais. Untuk pengenalan yang mudah, mereka akan membuat kod bar DNA untuk setiap sampel dengan menyusun dua gen yang berbeza dari satu tumbuhan ke yang lain. Sampel akan dipelihara dalam pangkalan data dalam talian dan tersedia untuk peminat dan penyelidik tanaman di seluruh dunia. Buat masa ini, perpustakaan ini dapat membantu mengenal pasti tumbuh-tumbuhan di seluruh dunia, dan di bawah garis, saintis boleh menggunakannya untuk menjejaki dan mengkaji keseluruhan genom tumbuhan.
Kebun botani mungkin kelihatan seperti tapak medan yang tidak biasa. Biasanya, ada yang membayangkan ahli botani mengembara melalui hutan dan memanjat puncak gunung untuk mengumpul tumbuhan yang jarang ditemui dan belum ditemui. Pelajar fakulti Funk dan botany Morgan Gostel telah melakukan perjalanan ke ketinggian tinggi di Andes untuk mengumpul spesimen tumbuhan, kadang-kadang berkhemah di bawah suhu beku dan mengangkut tangki nitrogen cair ke atas gunung. Ekspedisi lapangan ini membuatkan mereka jauh lebih dekat ke rumah, dengan cuaca yang lebih baik dan banyak pilihan makan tengahari makanan pinggul. Walau bagaimanapun, "kerja kotor membuat koleksi itu benar-benar tidak berbeza daripada apa yang akan anda lakukan di lapangan, " kata Gostel.
Sarah Gabler mengambil sampel tisu dari plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Tiub ujian dibalut dengan kerajang dan jatuh ke tangki nitrogen cecair mudah alih. (US Botanic Garden) 
Kristen Van Neste dan Vicki Funk menekan plymouth berbunga berwarna merah jambu yang menghasilkan spesimen gentian. Tumbuh-tumbuhan telah dipilih untuk berbunga berbentuk pemungutan bermusim. (US Botanic Garden) 
Funk dan pasukannya memburu tumbuhan untuk sampel di USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk memotong sampel lidah salji yang jarang berlaku ( Aloe rauhii ), yang berasal dari Madagascar. (Hilary-Morgan Watt, Institusi Smithsonian) 
Contoh serpih salji menunggu untuk diratakan di akhbar tanaman Funk. Apabila mencetuskan tekanan, para penyelidik cuba memasukkan sebahagian besar tumbuhan seperti yang mereka dapat dari bunga ke akar. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler dan Vicki Funk menjatuhkan sebuah tiub ujian yang mengandungi sampel tisu dari tumbuhan semut ( Hydnophytum formicarum ) ke tangki medan nitrogen cecair mereka. Semut kecil menghuni batang tumbuhan ini. (US Botanic Garden) 
Kurator loji Bill McLaughlin dari US Botanic Garden memegang seedpod dari pokok kakao ( Theobroma cacao ), salah satu daripada beberapa tumbuhan yang dijadikan sampel pada demonstrasi Rabu. Sesetengah genom tumbuhan yang berguna untuk pertanian manusia, seperti koko, telah disusun. (James Di Loreto, Institusi Smithsonian) 
Pelatih Internazionale (kiri ke kanan), Sarah Gabler, Asia Hill dan Kristen Van Neste dilihat sebagai Vicki Funk (kanan kanan) mengetatkan akhbar tanamannya untuk mengekalkan sampel tumbuhan yang dipanggil plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ) di US Botanic Garden pada 8 Julai 2015. Pasukan juga mengambil nota dan imej untuk pergi dengan sampel yang ditekan dan beku yang mereka kumpulkan. (James Di Loreto, Institusi Smithsonian) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill dan Morgan Gostel berehat dari tumbuh-tumbuhan sampling untuk memberi foto kumpulan di luar konservatori Botanic Garden AS. (James Di Loreto, Institusi Smithsonian) Oleh itu, kenapa tempat yang tidak biasa? Sebagai muzium tanaman hidup, taman-taman di tempat yang ideal untuk mengisi jurang ini dengan sampel yang didokumentasikan dengan baik untuk penjujukan genomik. "Kebun botani telah mengumpulkan koleksi seperti ini, dalam beberapa kes, selama beratus-ratus tahun, akan kembali ke zaman Renaisans, " kata pengarah taman, Ari Novy. Kebun juga berfungsi sebagai organisasi payung untuk kumpulan yang terlibat dalam penemuan spesies. Ada juga rumah untuk bank benih, dan juga pakar dalam jenis tumbuhan tertentu.
Penyelidik boleh mempelajari pelbagai perkara dari sampel benih dan tisu, dari mengenal pasti spesies invasif untuk menjawab soalan-soalan besar mengenai evolusi tumbuhan. "Tidak terbatas, " nota Félix Forest, ahli biologi evolusi tumbuhan di Kebun Botani Kew Royal di UK Kew sedang menjalankan projek yang sama untuk mengekalkan sampel genetik sebanyak 25 peratus spesies tumbuhan liar menjelang tahun 2020.
GGI dan Kew adalah sebahagian daripada pergerakan yang lebih besar untuk memelihara kepelbagaian tumbuhan dalam biorepositori, seperti kemudahan kriogenik Smithsonian dan bilik kebal benih Svalbard Antartika. Mereka telah bekerjasama dengan organisasi yang sama untuk membentuk Rangkaian Biodiversiti Global Genome (GGBN).
Apa tergesa-gesa? "Sebaik-baiknya, anda mahu mengekalkan spesimen hidup, tetapi itu tidak dapat dilaksanakan, " kata Coddington. Bulan lepas, para penyelidik mencadangkan bahawa Bumi sudah berada di tengah-tengah peristiwa kepupusan massal keenam. Dengan pemusnahan habitat dan pelbagai ancaman berkaitan perubahan iklim di kaki langit, saintis mahu mengekalkan beberapa sampel semasa mereka masih boleh. "Ada yang mendesak untuk ini, " tambah Kress.
Mengekalkan genom ini sekarang, boleh membantu kita belajar dari mereka pada masa akan datang. Hutan bersetuju, "Jika kita mempunyai kepelbagaian genetik yang dipelihara dalam beberapa jenis fesyen, kita boleh kembali ke dalamnya dalam 20 tahun." Sebagai tambahan kepada pembelajaran dari DNA tumbuhan, para penyelidik bahkan dapat membangkitkan tumbuhan yang sudah pupus. Idea untuk membawa spesies kembali dari kematian secara semulajadi datang dengan kontroversi, tetapi janganlah mendahului diri kita sendiri. Peringatan hutan, "Ini bukan Taman Jurassic-namun. Tetapi teknologi bergerak begitu pantas sehingga siapa tahu apa yang boleh kita lakukan dengan tiub DNA 20 tahun dari sekarang. "
