Έξυπνος τρόπος των βιολόγων για να ανιχνεύσουν ζώα που δεν μπορούν να βρουν

Η άγρια ​​ζωή δεν γίνεται πολύ πιο περίεργη από την κόλαση, μια σαλαμάνδρα που καταβροχθίζει καραβίδες, ίσου με το μήκος ενός μωρού αλιγάτορα, του οποίου τα παράξενα ψευδώνυμα περιλαμβάνουν «μύρα ενυδρίδα», «διάβολο σκύλο» και «γκράμπους». Το γιγάντιο αμφίβιο κατατρέχει βραχώδεις κοίτες ρεμάτων σε όλες τις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες—ή τουλάχιστον το έκανε, έως ότου η γεωργία, η αποψίλωση των δασών και τα φράγματα κατέστρεψαν την ποιότητα του νερού και τους οικοτόπους σε μεγάλο μέρος της εμβέλειάς τους. Αυτές τις μέρες, οι επιστήμονες δεν είναι βέβαιοι πού περιφέρονται ακόμα οι ενυδρίδες.

«Τους αρέσει να κρύβονται κάτω από μεγάλους βράχους, είναι νυκτόβια και δένουν τέλεια με τον πυθμένα του ρέματος», λέει ο Andy Adams, καθηγητής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Loyola που δεν έχει εντοπίσει έναν κολαστήριο από τότε που ήταν ο ίδιος προπτυχιακός. "Ακόμη και άτομα που τα μελετούν σπάνια τα βλέπουν."

Η έλλειψη και οι μυστικοπαθείς συνήθειες του πλάσματος έχουν δημιουργήσει ένα δίλημμα για τη διατήρηση. Πώς μπορούν οι αντιπροσωπείες να προστατεύσουν τους κολασμένους όταν δεν μπορούν καν να είναι σίγουροι πού βρίσκονται; Η απάντηση:Περιβαλλοντικό DNA ή eDNA, η επιστημονική τεχνική που φέρνει επανάσταση στην υδάτινη βιολογία.

Για δεκαετίες, η αναζήτηση για ενυδρίδες μύξας απαιτούσε από τους επιστήμονες να περνούν πολλές μέρες σέρνοντας κατά μήκος των κοιτών των ρεμάτων και ανατρέποντας βράχους - μια μέθοδος που ήταν επίπονη, ενοχλητική για τις σαλαμάνδρες και γεμάτη αβεβαιότητα. Αντίθετα, το eDNA δύσκολα θα μπορούσε να είναι πιο βολικό, τόσο για ερευνητές όσο και για υποκείμενα:Απλώς πάρτε μερικά λίτρα νερού πίσω στο εργαστήριό σας και δοκιμάστε για ίχνη του DNA του οργανισμού-στόχου σας, τα οποία θα μπορούσαν να προέλθουν από χυμένο δέρμα, αναπαραγωγικό υλικό ή ακόμα και κόπρανα . Δεν πρέπει πλέον να κοιτάτε έναν ζωντανό κολαστήριο για να ξέρετε ότι επιμένουν. Αντίθετα, η εύρεση ενός μοριακού αποτυπώματος είναι αρκετή απόδειξη.

Αυτό το φθινόπωρο, ο Adams και η Εταιρεία Άγριας Ζωής του Susquehannock άρχισαν να χρησιμοποιούν το eDNA για να κυνηγήσουν κολαστήρια στον ποταμό Susquehanna του Μέριλαντ και στους παραπόταμους του - ένα μικρό κομμάτι μιας προσπάθειας πέντε κρατών για να προσδιοριστεί η πληθυσμιακή κατάσταση του κρυπτικού πλάσματος. «Προσπαθούμε να καταλάβουμε όχι μόνο πού υπάρχουν κολαστήρια, αλλά και πόσοι είναι», λέει η Kimberly Terrell, βιολόγος άγριας ζωής στο Ινστιτούτο Smithsonian, η οποία συντονίζει την εκτεταμένη μελέτη. "Πόσο καλά μπορούμε πραγματικά να εκτιμήσουμε την αφθονία χρησιμοποιώντας αυτό το εργαλείο;"

Τα Hellbenders απέχουν πολύ από το μόνο είδος που μπορεί να εντοπιστεί με το eDNA. Η τεχνική χρησιμοποιείται από το 2008 για την ανίχνευση ζώων από ιταλικούς λοφιοφόρους τρίτωνες έως σολομό chinook έως, πιο διάσημο, ασιατικό κυπρίνο, καταστροφικά επεμβατικά ψάρια που έχουν μετατρέψει ορισμένα ποτάμια της Μεσοδυτικής σε εμπόλεμες ζώνες ψαριών. Οι επιστήμονες έχουν στραφεί στο eDNA για να παρακολουθήσουν την προέλαση του εισβολέα. «Είναι σαν ανιχνευτής καπνού», λέει η Lindsay Chadderton, υδρόβιος βιολόγος στο Nature Conservancy. "Είναι η πρώτη μας ένδειξη ότι υπάρχει κάτι εκεί."

Ωστόσο, οι παραδοσιακές τεχνικές eDNA είναι αρκετά αμβλέα όργανα. Οι περιβαλλοντικές έρευνες DNA βασίζονται στην αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR), έναν τρόπο ενίσχυσης μερικών αντιγράφων ενός κομματιού DNA σε μερικά εκατομμύρια. Η PCR είναι μια από τις πιο σημαντικές μεθόδους στη μοριακή βιολογία, τόσο θεμελιώδης που κέρδισε στον Kary Mullis ένα βραβείο Νόμπελ (και ενέπνευσε τουλάχιστον ένα πραγματικά γευστικό τραγούδι). Αλλά όταν πρόκειται για τον προσδιορισμό του eDNA, η παραδοσιακή PCR (γνωστή και ως PCR τελικού σημείου ή ePCR), έχει ένα μειονέκτημα:δεν μπορεί εύκολα να σας πει πώς πολύ Το DNA επιπλέει τριγύρω. Δεν είναι και τόσο ευαίσθητο:Ορισμένες τοποθεσίες που είναι γνωστό ότι φιλοξενούν ασιατικό κυπρίνο έχουν δοκιμαστεί αρνητικά για το γενετικό τους υλικό.

Αυτή η ανακρίβεια μπορεί να οδηγήσει σε διαμάχη. Πέρυσι, ίχνη DNA ασιατικού κυπρίνου βρέθηκαν στη λίμνη Μίσιγκαν, ένας από καιρό τρομακτικός εφιάλτης για τις κρατικές και ομοσπονδιακές υπηρεσίες που φοβούνται ότι ο κυπρίνος θα μπορούσε να παραγκωνίσει τους ιθαγενείς. Όμως, ενώ ο Chadderton υποπτεύεται ότι τα δείγματα προέρχονται από ζωντανά ψάρια, άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι το γενετικό υλικό θα μπορούσε να προέρχεται από έμμεσες πηγές - ένα σωρό περιττωμάτων πουλιών, ίσως, ή το κύτος μιας βάρκας ενός ψαρά. Και αυτά δεν είναι αδύνατα σενάρια:Μια μελέτη διαπίστωσε ότι το DNA του κυπρίνου παραμένει βιώσιμο στα κόπρανα της λάσπης ή των αετών για έως και ένα μήνα.

Ευτυχώς, μια νέα εναλλακτική στην παραδοσιακή PCR, που ονομάζεται ποσοτική PCR ή qPCR, μπορεί κάποια μέρα να διευθετήσει τα ζητήματα. Το qPCR επιτρέπει στους επιστήμονες να παρακολουθούν τη διαδικασία ενίσχυσης όπως συμβαίνει, αντί μετά την ολοκλήρωση των κύκλων. Παρατηρώντας την ενίσχυση σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές μπορούν να λάβουν ανεκτίμητες πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα του DNA σε ένα δείγμα. "Το eDNA είναι εγγενώς έμμεσο - απλώς βγάζετε ένα συμπέρασμα για το αν υπήρχε ένας οργανισμός", λέει ο Κάμερον Τέρνερ, διδάκτορας της Notre Dame που μελετά τη γενετική ανίχνευση χωροκατακτητικών ειδών. "Αλλά το qPCR παρέχει τουλάχιστον τη δυνατότητα μιας πιο οριστικής απάντησης."

Αυτή η πιθανότητα είναι δελεαστική για ερευνητές όπως ο Turner, ο οποίος νωρίτερα αυτό το μήνα δημοσίευσε ένα συγκεκριμένο τεστ qPCR για τον ασιατικό κυπρίνο. Όταν συνέκρινε το qPCR με την παραδοσιακή PCR, διαπίστωσε ότι η νέα μέθοδος ήταν 22 φορές πιο πιθανό να παρατηρήσει κυπρίνο σε μια λίμνη. Μια πρόσθετη μεθοδολογική προσαρμογή επέτρεψε στον Turner να ανιχνεύσει 5 φορές περισσότερο DNA στο νερό. Οι βελτιώσεις μπορεί τελικά να βοηθήσουν στην επίλυση αμφισβητούμενων υποθέσεων όπως οι Μεγάλες Λίμνες. Ο Τέρνερ λέει:«Τώρα που μπορούμε να μετρήσουμε την ποσότητα του DNA, ίσως μπορέσουμε να καθορίσουμε κάποια όρια που μας επιτρέπουν να πούμε, εντάξει, σε αυτά τα επίπεδα, πιθανώς υπάρχουν ζωντανοί οργανισμοί».

Τα δείγματα του ποταμού Susqehanna του Andy Adams, επίσης, θα υποβληθούν σε επεξεργασία με qPCR, το οποίο έχει αποδειχτεί αποτελεσματικό τόσο στους κολαστές όσο και στους κυπρίνους. Ο Άνταμς και η ομάδα του ερεύνησαν τρεις παραπόταμους νωρίς αυτό το φθινόπωρο, όταν οι ωοτοκίες ενυδρίδες γεμίζουν ρέματα με σπέρμα και αυγά. Αφού φιλτράρει το νερό του ποταμού για να πιάσει σκέλη βιολογικού υλικού, ο Άνταμς τύλιξε τα χάρτινα φίλτρα, τα κόλλησε σε ένα φιαλίδιο με ένα συντηρητικό και τα έστειλε σε ένα εργαστήριο στο Buffalo State College για ανάλυση. «Το να γνωρίζουμε πού βρίσκονται οι κολασμένοι σε αυτήν την κατάσταση θα είναι τεράστιο», λέει ο Adams.

Όσο ισχυρό κι αν είναι, ωστόσο, ακόμη και το qPCR έχει τα όριά του. Γνωρίζοντας πόσοι κολαστές κατοικούν σε ένα ποτάμι, για παράδειγμα, δεν απαντά σε σημαντικές, πιο λεπτές ερωτήσεις σχετικά με την υγεία του πληθυσμού ή την ποιότητα των οικοτόπων. «Μπορεί να έχετε ένα υποβαθμισμένο ρεύμα χαμηλής ποιότητας στο οποίο κρέμονται μόνο μερικά ζώα ή μπορεί να έχετε ένα καθαρό ρεύμα με έναν υγιή πληθυσμό που είναι φυσικά χαμηλής πυκνότητας», λέει η Kimberly Terrell. "Το eDNA μπορεί να μην είναι σε θέση να διακρίνει μεταξύ αυτών των δύο σεναρίων." Προς το παρόν, ορισμένες ερωτήσεις εξακολουθούν να απαντώνται καλύτερα με μια καλή παλιομοδίτικη ανατροπή.

Ο Ben Goldfarb είναι περιβαλλοντικός δημοσιογράφος και ανταποκριτής στο Σιάτλ στο High Country News. Πραγματοποιεί tweet στον @ben_a_goldfarb.