با استفاده از eDNA دانشمندان می‎‌توانند بر‌هم‌کنش‌های پیچیده‌ی اکوسیستم‌ها را بررسی کنند

0

هلنا مورلن و آنا پاپادوپولو

برای سال‌ها دانشمندان این منطقه‌ی جنگلی دور‌افتاده در مونتانا را برای یافتن جانوری که پیدا کردن آن بسیار مشکل است، زیر نظر گرفته‌اند. دوربین‌های تله‌ای مدرک قطعی‌ای ارائه نداده‌اند و حتی کارشناسان هم نمی‌توانند ردپایش را با اطمینان شناسایی کنند. اما در طی دهه‌های گذشته، با توسعه‌ی روش‌های نوین، دانشمندان می‌توانند محتاط‌ترین گونه‌ها را هم بیابند. بنابراین در سال ۲۰۱۸، این محققان نمونه‌ای از ردپاهای به‌جا‌مانده در برف گرفتند. آزمایش‌ها نتایجی قطعی نشان دادند: وَشَقْ کانادایی در آن منطقه حضور داشت. به کمک دی‌ان‌ای و eDNA (دی‌ان‌ای محیطی)، دانشمندان بدون دیدن این گربه‌سان، مدرکی از حضورش در محیط داشتند. با استفاده از روشی به نام متابارکدینگِ دی‌ان‌ای پژوهشگران می‌توانند نمونه‌ای را از محیط گرفته و دریابند که چه جاندارانی در نمونه وجود دارند و یا به تازگی از محل عبور کرده‌اند.

جهان با دی‌ان‌ای پوشیده شده است. دی‌ان‌ای همه‌جا وجود دارد؛ روی زمین، ته اقیانوس و در ابرها. سلول‌های جانداران پرسلولی دائما می‌ریزد. اما تا چندی پیش، eDNA برای ما قابل‌استفاده نبود. روش‌های معمول علمی نمی‌توانستند نمونه‌های محیطی حاوی ترکیب مواد ژنتیکی گونه‌های گوناگون را تفکیک کند. اما متابارکدینگ دی‌ان‌ای می‌تواند.

دی‌ان‌ای به‌‌محض قرار‌گرفتن در محیط اطراف شروع به تجزیه شدن می‌کند. مثلا در اقیانوس، دی‌ان‌ای تنها چند روز در محیط باقی می‌ماند. بنابراین در بسیاری از موارد، eDNA برای آشکارسازی گذشته‌ی نزدیک استفاده می‌شود. فرآیند متابارکدینگ دی‌ان‌ای با نمونه‌هایی از محیط مانند بخشی از خاک، مقداری آب، قسمتی از مواد دفعی، تله‌ی حشرات و یا حتی خون داخل شکم زالوها آغاز می‌شود. محققان سپس با ترکیب نمونه‌ها و استفاده از آنزیم‌هایی که پروتئین‌های سلولی را تجزیه می‌کنند، دی‌ان‌ای را از بقیه‌ی مواد موجود در‌ نمونه جدا کرده و آن را خالص‌سازی می‌کنند. در پایان, مایعی حاوی تمام دی‌ان‌ای‌های موجود در نمونه به‌دست می‌آید. دانشمندان سپس واکنش زنجیره‌ای پلیمراز را انجام می‌دهند. در این واکنش از رشته‌های دی‌ان‌ای مصنوعی به نام پرایمرهای همگانی استفاده می‌شود که به توالی‌هایی از دی‌ان‌ای، که در بین گونه‌های مختلف مشترکند، متصل شده و سپس بارکدهای ژنتیکی ویژه‌ی هر گونه را تکثیر می‌کند. سپس، توالی‌یابی ظرفیت‌بالا همزمان میلیون‌ها قطعه‌ی دی‌ان‌ای را توالی‌یابی می‌کند. در نهایت، پژوهشگران داده‌ها را با اطلاعات موجود در پایگاه‌های داده مقایسه کرده و تعداد گونه‌های حاضر در نمونه و ماهیت آن‌ها را مشخص می‌کنند که این به کشف گونه‌های جدید نیز می‌انجامد. این روش منجر به کشف ده‌ها هزار گونه‌ی جدید طی یک دهه‌ی گذشته شده است.

علاوه بر پیدا‌ کردن گونه‌های دست‌نیافتنی، مانند وشق کانادایی، متابارکدینگ به دانشمندان در شناسایی گونه‌های مهاجم نیز کمک می‌کند. در یوسیمیتی، دانشمندان از eDNA برای ردیابی و حذف گاوغوک‌های مهاجم استفاده کردند. پس از اینکه اثری از این دوزیستان باقی نماند، گونه‌ی بومی در معرض خطری به نام قورباغه‌‌ی پا‌قرمز کالیفرنیایی، که پنجاه سال قبل از این زیستگاه ناپدید شده بود، دوباره به این زیستگاه بازگردانده شد.

همچنین، متابارکدینگ دی‌ان‌ای می‌تواند برای تحت‌نظرگرفتن تنوع زیستی نیز استفاده‌ شود. مثلاً‌، طبقه‌بندی همه‌ی حشرات موجود در تنها یک هکتار از جنگل‌های بارانی به روش معمول، می‌تواند ده‌ها سال طول بکشد. اما دی‌ان‌ای به‌دست‌آمده از تله‌ی حشرات، می‌تواند نتایج را طی چند ماه آماده‌ کند. مطالعه‌ای، حشرات منطقه‌ای جنگلی را با حشرات مزارع اطرافش در استان یون‌نان چین مقایسه کرد. این مطالعه در‌مدت کوتاهی مشخص کرد که نه‌تنها حشرات در مزارع کم‌تنوع‌ترند، بلکه جنگل‌زدایی بر گروه‌های مختلف حشرات به‌طور یکسان اثر نمی‌گذارد. ملخ‌ها در مناطق زراعی به‌شدت رشد می‌کنند در حالی که جمعیت سوسک‌های جنگلی کم می‌شود.

با استفاده از eDNA دانشمندان می‎‌توانند بر‌هم‌کنش‌های پیچیده‌ی اکوسیستم‌ها را بررسی کنند. ردیابی هزاران حشره‌ای که برروی گل‌ها می‌نشینند غیرممکن است. اما محققان می‌توانند دی‌ان‌ای به‌جا‌مانده برروی گل‌ها را برای مشخص کردن شبکه‌ی گرده‌افشانی حشرات بررسی کنند. قبل از به‌وجود‌آمدن این روش‌ها، ما از مقدار گرده‌افشانی‌ای که در شب رخ می‌داد اطلاع دقیقی نداشتیم زیرا نمی‌توانستیم آن را مشاهده کنیم. اکنون، دانشمندان دریافته‌اند که شاپرک‌ها، گرده‌افشان‌های شب‌زی مهمی هستند.

eDNA حتی می‌تواند از راز گونه‌های منقرض‌شده نیز پرده بردارد. محیط‌های سرد، خشک و کم‌اکسیژن بسیار برای حفظ مواد ژنتیکی مناسبند. دانشمندان با حفاری عمیق در بخش‌های دائماً منجمد قطب شمال، دی‌ان‌ای پنجاه هزارساله‌ای پیدا کردند که آن را با گیاهان مغذیِ پیدا شده در معده‌ی ماموت‌های پشمالو مطابقت دادند. با استفاده از eDNA آن‌ها همچنین دریافتند که علف‌هایی با مواد مغذی کمتر استپ‌(سبزدشت)های شمالگان را در آخرین دوره‌ی عصر یخبندان پوشانده بودند که احتمالا در کاهش جمعیت ماموت‌ها نقش داشته است.

از‌ آنجایی که ما با دوره‌ای دیگر از تغییرات آب و هوایی-این‌بار به دلیل فعالیت‌های انسان-رو‌به‌رو می‌شویم، درک تنوع زیستی دائماً در‌حال‌تغییر سیاره‌مان برای محافظت از آن بسیار مهم خواهد بود. خوشبختانه، eDNA و متابارکدینگ ابزار لازم برای ثبت تغییرات سریع را به محض وقوع برای ما فراهم می‌کنند.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.