في وقت متأخر في الثمانينيات، في منشأة أبحاث فيدرالية في بينساكولا، فلوريدا، استخدمت تامار باركاي الطين بطريقة أثبتت ثوريتها بطريقة لم تكن لتتخيلها أبدًا في ذلك الوقت: نسخة أولية من التقنية التي تهز الآن العديد من المجالات العلمية. جمع باركاي عدة عينات من الطين، واحدة من خزان داخلي، وأخرى من خليج مائل للملوحة، وثالثة من مستنقع منخفض المياه المالحة. وضعت هذه العينات من الرواسب في زجاجات زجاجية في المختبر، ثم أضافت الزئبق، مما أدى إلى تكوين ما يمكن اعتباره حمأة سامة.

في ذلك الوقت، عملت باركاي في وكالة حماية البيئة وأرادت معرفة كيفية تفاعل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الطين مع الزئبق، وهو ملوث صناعي، الأمر الذي يتطلب فهمًا من جميع الكائنات الحية الموجودة في بيئة معينة، وليس فقط الجزء الصغير الذي يمكن زراعته بنجاح في أطباق بتري في المختبر. لكن السؤال الأساسي كان أساسيًا جدًا لدرجة أنه يظل أحد تلك الاستفسارات الأساسية الدافعة عبر علم الأحياء. وعلى حد تعبير باركاي، المتقاعد الآن، في مقابلة أجريت معه مؤخراً من بولدر بولاية كولورادو: "من هناك؟" وأضافت بنفس القدر من الأهمية: "ماذا يفعلون هناك؟"

لا تزال مثل هذه الأسئلة ذات صلة حتى يومنا هذا، حيث يطرحها علماء البيئة، ومسؤولو الصحة العامة، وعلماء بيولوجيا الحفاظ على البيئة، وممارسو الطب الشرعي، وأولئك الذين يدرسون التطور والبيئات القديمة، وهي تدفع علماء الأوبئة وعلماء الأحياء إلى زوايا نائية من العالم.

و1987 ورقة نشرت باركاي وزملاؤها في مجلة مجلة الطرق الميكروبيولوجية الخطوط العريضة لطريقة-"الاستخراج المباشر للحمض النووي البيئي" - والذي من شأنه أن يسمح للباحثين بإجراء التعداد السكاني. لقد كانت أداة عملية، وإن كانت فوضوية إلى حد ما، لاكتشاف من كان هناك. استخدمته باركاي لبقية حياتها المهنية.

اليوم، يتم الاستشهاد بالدراسة باعتبارها لمحة مبكرة عن الحمض النووي البيئي، أو الحمض النووي البيئي، وهي طريقة غير مكلفة نسبيًا وواسعة الانتشار ومن المحتمل أن تكون آلية لمراقبة تنوع الحياة وتوزيعها. وعلى عكس التقنيات السابقة، التي يمكنها تحديد الحمض النووي من كائن حي واحد، على سبيل المثال، تقوم هذه الطريقة أيضًا بجمع السحابة الدوامة من المواد الجينية الأخرى المحيطة به. في السنوات الأخيرة، نما هذا المجال بشكل ملحوظ. قال إسكي ويلرسليف، عالم الوراثة التطورية بجامعة كوبنهاغن: «إن لديها مجلة خاصة بها». "إن لديها مجتمعها الخاص، المجتمع العلمي. لقد أصبح مجالا راسخا ".

يعمل eDNA كأداة مراقبة، حيث يوفر للباحثين وسيلة لاكتشاف ما يبدو غير قابل للاكتشاف. من خلال أخذ عينات من الحمض النووي eDNA، أو خليط من المواد الجينية - أي أجزاء من الحمض النووي، مخطط الحياة - في الماء، أو التربة، أو عينات الجليد، أو مسحات القطن، أو أي بيئة يمكن تخيلها، حتى الهواء الرقيق، أصبح من الممكن الآن البحث عن كائن معين أو تجميع لقطة لجميع الكائنات الحية في مكان معين. بدلاً من إعداد كاميرا لمعرفة من يعبر الشاطئ ليلاً، يقوم eDNA بسحب تلك المعلومات من آثار الأقدام الموجودة في الرمال. "نحن جميعا قشاري، أليس كذلك؟" قال روبرت هانر، عالم الأحياء بجامعة جيلف في كندا. "هناك أجزاء من الحطام الخلوي تتساقط طوال الوقت."

كطريقة لتأكيد وجود شيء ما، فإن الحمض النووي الإلكتروني (eDNA) ليس محصنًا ضد الفشل. على سبيل المثال، قد لا يعيش الكائن الحي المكتشف في eDNA فعليًا في الموقع الذي تم جمع العينة فيه؛ أعطى هانر مثالاً على طائر عابر، مالك الحزين، الذي أكل السمندل ثم أخرج بعضًا من الحمض النووي الخاص به، والذي يمكن أن يكون أحد أسباب وجود إشارات البرمائيات في بعض المناطق التي لم يتم العثور عليها فعليًا من قبل.

ومع ذلك، فإن الحمض النووي الإلكتروني لديه القدرة على المساعدة في اكتشاف الآثار الجينية، التي ينسلخ بعضها في البيئة، مما يوفر طريقة مثيرة - وربما مرعبة - لجمع معلومات عن الكائنات الحية، بما في ذلك البشر، أثناء قيامهم بأعمالهم اليومية.

...

المفاهيمي يعود أساس الحمض النووي eDNA - الذي يُنطق EE-DEE-EN-AY، وليس ED-NUH - إلى مائة عام، قبل ظهور ما يسمى بالبيولوجيا الجزيئية، وغالبًا ما يُنسب إلى إدموند لوكارد، عالم الجريمة الفرنسي الذي عمل في أوائل القرن العشرين. القرن ال 20. في سلسلة من أوراق نشر لوكارد في عام 1929 مبدأً مفاده: كل اتصال يترك أثرًا. في جوهر الأمر، ينقل الحمض النووي الإلكتروني مبدأ لوكارد إلى القرن الحادي والعشرين.

خلال العقود العديدة الأولى، كان المجال الذي أصبح فيما بعد الحمض النووي eDNA - بما في ذلك أعمال باركاي في الثمانينات - يركز بشكل كبير على الحياة الميكروبية. إذا نظرنا إلى الوراء في تطوره، بدا أن الحمض النووي الإلكتروني بطيء في شق طريقه للخروج من الوحل الذي يضرب به المثل.

لم يكن حتى عام 2003 أن ظهرت هذه الطريقة اختفى النظام البيئي. استخرجت دراسة عام 2003، بقيادة ويلرسليف، الحمض النووي القديم من أقل من ملعقة صغيرة من الرواسب، مما أظهر لأول مرة جدوى اكتشاف كائنات أكبر حجمًا باستخدام هذه التقنية، بما في ذلك النباتات والماموث الصوفي. في نفس الدراسة، كشفت الرواسب التي تم جمعها في كهف بنيوزيلندا (والتي لم يتم تجميدها بشكل خاص) عن طائر منقرض: الموا. وربما يكون الأمر الأكثر لفتًا للانتباه هو أن هذه التطبيقات لدراسة الحمض النووي القديم نابعة من كمية هائلة من الروث التي أسقطت على الأرض منذ مئات الآلاف من السنين.

كان ويلرسليف قد طرح الفكرة لأول مرة قبل بضع سنوات بينما كان يفكر في كومة حديثة من الروث: بين درجة الماجستير والدكتوراه. في كوبنهاجن، وجد نفسه في حالة من عدم اليقين، يكافح من أجل الحصول على العظام أو بقايا الهياكل العظمية أو غيرها من العينات المادية لدراستها. لكنه يتذكر أنه في أحد أيام الخريف، حدق من النافذة في "كلب يتغوط في الشارع". دفعه هذا المشهد إلى التفكير في الحمض النووي الموجود في البراز، وكيف جرفه المطر دون أن يترك أي أثر واضح. ولكن ويلرسليف تساءل: «هل من الممكن أن يبقى الحمض النووي على قيد الحياة؟» وهذا ما قمت بإعداده بعد ذلك لمحاولة اكتشافه.

وأظهرت الدراسة الثبات الملحوظ للحمض النووي، الذي قال إنه يبقى في البيئة لفترة أطول بكثير مما اقترحته التقديرات السابقة. ومنذ ذلك الحين، قام ويلرسليف بتحليل الحمض النووي eDNA في منطقة التندرا المتجمدة في جرينلاند الحديثة، والتي يعود تاريخها إلى مليوني عام مضت، وهو يعمل على عينات من معبد أنغكور وات، وهو مجمع المعابد الضخم في كمبوديا، والذي يُعتقد أنه تم بناؤه في القرن الثاني عشر. وقال: "يجب أن يكون هذا أسوأ حفظ للحمض النووي يمكن أن تتخيله". "أعني أن الجو حار ورطب."

لكنه قال: "يمكننا إخراج الحمض النووي".

وليس ويلرسليف وحده الآن الذي يرى أداة محتملة ذات تطبيقات لا حدود لها على ما يبدو، خاصة الآن حيث تمكن التطورات الباحثين من تسلسل وتحليل كميات أكبر من المعلومات الجينية. وقال: "إنها نافذة مفتوحة لأشياء كثيرة، وأنا متأكد من أنها أكثر بكثير مما أستطيع التفكير فيه". لم يكن الأمر يقتصر على الماموث القديم فحسب؛ يمكن للـ eDNA أن يكشف عن الكائنات الحية الحالية المختبئة في وسطنا.

يستخدم العلماء الحمض النووي الإلكتروني لتتبع الكائنات من جميع الأشكال والأحجام، سواء كان ذلك نوعًا واحدًا، مثل أجزاء صغيرة من الطحالب الغازية، أو ثعابين بحيرة لوخ نيس، أو حيوان الخلد الذي يعيش في الرمال بدون رؤية ولم تتم رؤيته منذ ما يقرب من 90 عامًا؛ يأخذ الباحثون عينات من مجتمعات بأكملها، على سبيل المثال، من خلال النظر إلى الحمض النووي الإلكتروني الموجود على أزهار الزهور البرية أو الحمض النووي الإلكتروني الذي يهب في مهب الريح كبديل لجميع الطيور والنحل الزائرين والملقحات الحيوانية الأخرى.

...

التالي تبلورت القفزة التطورية للأمام في تاريخ الحمض النووي الإلكتروني حول البحث عن الكائنات الحية التي تعيش حاليًا في البيئات المائية للأرض. في عام 2008، أ ظهر العنوان: "يحتفظ الماء بذاكرة الحمض النووي للأنواع المخفية." لم يأتِ هذا المقال من إحدى الصحف الشعبية في السوبر ماركت، بل من المجلة التجارية المحترمة Chemistry World، التي تصف عمل الباحث الفرنسي بيير تابيرليت وزملائه. بحثت المجموعة عن الضفادع ذات اللونين البني والأخضر، والتي يمكن أن تزن أكثر من رطلين، ولأنها تحصد كل شيء في طريقها، فهي تعتبر من الأنواع الغازية في أوروبا الغربية. عادةً ما يتطلب العثور على الضفادع الأمريكية علماء الزواحف المهرة الذين يقومون بمسح الشواطئ باستخدام مناظير ثم يعودون بعد غروب الشمس للاستماع إلى نداءاتهم. ال ورقة 2008 اقترح طريقة أسهل، وهي إجراء مسح يتطلب عددًا أقل بكثير من الموظفين.

وقال فيليب تومسن، عالم الأحياء في جامعة آرهوس (الذي لم يشارك في الدراسة): "يمكنك الحصول على الحمض النووي من هذا النوع مباشرة من الماء". "وقد أدى ذلك بالفعل إلى إطلاق مجال الحمض النووي البيئي."

قد يكون من الصعب اكتشاف الضفادع، وهي بالطبع ليست النوع الوحيد الذي يستعصي على الاكتشاف التقليدي على الأرض. بدأ تومسن العمل على كائن حي آخر من المعروف أنه يربك القياس: سمك. يُقال أحيانًا إن إحصاء الأسماك يشبه بشكل غامض إحصاء الأشجار، إلا أنها تتجول بحرية في أماكن مظلمة، ويقوم عداد الأسماك بإحصاءها وهي معصوبة الأعين. أسقط الحمض النووي البيئي العصابة. واحد مراجعة من الأدبيات المنشورة حول التكنولوجيا - على الرغم من أنها جاءت مع تحذيرات، بما في ذلك الاكتشافات غير الكاملة وغير الدقيقة أو تفاصيل عن الوفرة - وجدت أن دراسات الحمض النووي الإلكتروني على المياه العذبة والأسماك البحرية والبرمائيات يفوق عدد نظيراتها الأرضية بنسبة 7: 1.

في عام 2011، حصل تومسن على درجة الدكتوراه. نشر مرشح في مختبر ويلرسليف أ ورقة مما يدل على أن الطريقة يمكن الكشف عنها نادر والأنواع المهددة، مثل تلك الموجودة بكثرة في أوروبا، بما في ذلك البرمائيات والثدييات مثل ثعالب الماء والقشريات واليعسوب. وقال: "لقد أظهرنا أن مجرد كوب من الماء كان كافياً للكشف عن هذه الكائنات الحية". Undark. كان الأمر واضحًا: كان لهذه الطريقة تطبيقات مباشرة في بيولوجيا الحفظ لاكتشاف الأنواع ومراقبتها.

وفي عام 2012، نشرت مجلة علم البيئة الجزيئية قضية خاصة على eDNAوحدد تابيرليت والعديد من الزملاء تعريفًا عمليًا للـ eDNA على أنه أي حمض نووي معزول من العينات البيئية. وصفت الطريقة طريقتين متشابهتين ولكن مختلفتين قليلاً: يمكن للمرء أن يجيب على سؤال بنعم أو لا: هل الضفدع الأمريكي (أو أي شيء آخر) موجود أم لا؟ وهو يفعل ذلك عن طريق مسح الباركود المجازي، وهو عبارة عن تسلسلات قصيرة من الحمض النووي خاصة بنوع أو عائلة، تسمى البادئات؛ الماسح الضوئي للدفع هو تقنية شائعة تسمى تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الحقيقي، أو qPCR.

هناك طريقة أخرى، تُعرف عادةً باسم ترميز الحمض النووي DNA، وهي تقوم أساسًا بإخراج قائمة بالكائنات الحية الموجودة في عينة معينة. "أنت نوع من طرح السؤال، ما هو هنا؟" قال تومسن. "وبعد ذلك تحصل على كل الأشياء المعروفة، ولكنك تحصل أيضًا على بعض المفاجآت، أليس كذلك؟ لأنه كانت هناك بعض الأنواع التي لم تكن تعلم أنها موجودة بالفعل.

يهدف المرء إلى العثور على الإبرة في كومة قش؛ المحاولات الأخرى للكشف عن كومة القش بأكملها. يختلف الحمض النووي الإلكتروني (eDNA) عن تقنيات أخذ العينات التقليدية، حيث يتم اصطياد الكائنات الحية، مثل الأسماك، والتلاعب بها، والضغط عليها، وفي بعض الأحيان قتلها. البيانات التي تم الحصول عليها موضوعية. إنها موحدة وغير متحيزة.

وقال مهرداد حاجبابائي، عالم الأحياء الجزيئية في جامعة جيلف، والذي كان رائدا في نهج الترميز الاستقلابي، والذي تتبعت صيد السمك على عمق 9,800 قدم تحت بحر لابرادور. "كل يوم أرى شيئًا يتصاعد ولم يخطر ببالي."

...

فى السنوات الاخيرة، لقد توسع مجال eDNA. تسمح حساسية هذه الطريقة للباحثين بأخذ عينات من البيئات التي كانت بعيدة المنال سابقًا، على سبيل المثال، التقاط الحمض النووي الإلكتروني من الهواء، وهو نهج يسلط الضوء على وعود الحمض النووي الإلكتروني ومزالقه المحتملة. يبدو أن الحمض النووي الإلكتروني المحمول جواً يدور على حزام غبار عالمي، مما يشير إلى وفرته ووجوده في كل مكان، ويمكن تصفيته وتحليله لمراقبة النباتات والحيوانات الأرضية. لكن تطاير الحمض النووي الإلكتروني في مهب الريح يمكن أن يؤدي إلى تلوث غير مقصود.

في عام 2019، تومسن، على سبيل المثال، تركت زجاجتين من الماء النقي للغاية في العراء — أحدهما في أرض عشبية والآخر بالقرب من ميناء بحري. وبعد بضع ساعات، احتوت المياه على الحمض النووي eDNA المرتبط بالطيور والرنجة، مما يشير إلى أن آثار الأنواع غير الأرضية استقرت في العينات؛ من الواضح أن الكائنات الحية لم تسكن الزجاجات. قال تومسن لأوندارك: "لذلك يجب أن يأتي من الجو". تشير النتائج إلى مشكلة ذات شقين: أولاً، يمكن أن تتحرك الأدلة الأثرية، حيث يمكن لكائنين يتلامسان أن يتنقلا حول الحمض النووي للآخر، ووجود حمض نووي معين لا يعني أن النوع موجود بالفعل. .

علاوة على ذلك، ليس هناك أيضًا ما يضمن أن وجود الحمض النووي الإلكتروني يشير إلى أن نوعًا ما على قيد الحياة، ولا تزال هناك حاجة إلى إجراء مسوحات ميدانية، لفهم نجاح تكاثر الأنواع، أو صحتها، أو حالة موطنها. إذن، حتى الآن، لا يحل الحمض النووي الإلكتروني بالضرورة محل الملاحظات أو المجموعات المادية. وفي دراسة أخرى جمعت فيها مجموعة تومسن إدنا على الزهور للبحث عن الطيور الملقحة، فإن أكثر من نصف الحمض النووي الإلكتروني المذكور في الورقة جاء من البشر، وهو تلوث من المحتمل أن يشوش النتائج ويجعل من الصعب اكتشاف الملقحات المعنية.

وبالمثل، في مايو 2023، ترك فريق من جامعة فلوريدا، الذي درس سابقًا السلاحف البحرية بواسطة الحمض النووي الإلكتروني، آثارًا أثناء زحفها على طول الشاطئ. نشرت ورقة أظهرت الحمض النووي البشري. وكانت العينات سليمة بما فيه الكفاية للكشف عن الطفرات الرئيسية التي قد تستخدم يوما ما لتحديد هوية الأفراد، مما يشير إلى أن المراقبة البيولوجية أثارت أيضا أسئلة بلا إجابة حول الاختبارات الأخلاقية على البشر والموافقة المستنيرة. إذا كان الحمض النووي الإلكتروني بمثابة شبكة شبكية، فإنه يكتسح بشكل عشوائي معلومات حول التنوع البيولوجي وينتهي حتماً، على حد تعبير فريق جامعة فلوريدا، إلى "الصيد العرضي الجيني البشري".

في حين أن قضايا الخصوصية المتعلقة بآثار الأقدام في الرمال، حتى الآن، تبدو في الغالب موجودة في عالم افتراضي، فإن استخدام الحمض النووي الإلكتروني في التقاضي القانوني المتعلق بالحياة البرية ليس ممكنًا فحسب، بل هو بالفعل حقيقة واقعة. كما يتم استخدامه في التحقيقات الجنائية: في عام 2021، على سبيل المثال، مجموعة من الباحثين الصينيين وذكرت أن الحمض النووي الإلكتروني الذي جمعه من سروال قاتل مشتبه به قد كشف، خلافًا لادعاءاته، أنه من المحتمل أن يكون قد ذهب إلى القناة الموحلة حيث تم العثور على جثة.

إن المخاوف بشأن الحمض النووي الإلكتروني خارج الهدف، من حيث الدقة ومدى وصوله إلى الطب البشري والطب الشرعي، تسلط الضوء على عيب آخر أوسع بكثير. وكما وصف هانر من جامعة جيلف المشكلة: "تميل أطرنا التنظيمية وسياساتنا إلى التخلف عن العلم لعقد من الزمان على الأقل أو أكثر".

واليوم هناك عدد لا يحصى التطبيقات التنظيمية المحتملة لمراقبة جودة المياه، وتقييم الأثر البيئي (بما في ذلك مزارع الرياح البحرية والتنقيب عن النفط والغاز لتطوير مراكز التسوق العادية)، وإدارة الأنواع، وإنفاذ قانون الأنواع المهددة بالانقراض. في قضية المحكمة المدنية في عام 2021، قامت هيئة الأسماك والحياة البرية الأمريكية بتقييم ما إذا كانت الأسماك المعرضة للخطر موجودة في مستجمع مياه معين، باستخدام الحمض النووي eDNA وأخذ العينات التقليدية، ووجدت أنها لم تفعل ذلك. وقالت المحاكم إن افتقار الوكالة إلى الحماية لمستجمع المياه هذا له ما يبرره. لا يبدو أن المسألة تتعلق بما إذا كان الحمض النووي الإلكتروني سيمثل أمام المحكمة أم لا؛ فعلت. وقال حاجيبابائي: "لكنك لا تستطيع حقاً أن تقول إن شيئاً ما غير موجود في البيئة".

انه مؤخرا أبرزت مسألة التحقق من الصحة: ​​يستنتج الحمض النووي الإلكتروني النتيجة، ولكنه يحتاج إلى معايير أكثر رسوخًا للتأكد من أن هذه النتائج صحيحة بالفعل (أن الكائن الحي موجود بالفعل أو غائب، أو بكمية معينة). أ سلسلة لقاءات خاصة لقد عمل العلماء على معالجة قضايا التقييس هذه، والتي قال إنها تشمل البروتوكولات وسلسلة الإشراف ومعايير توليد البيانات وتحليلها. في مراجعة من خلال دراسات الحمض النووي الإلكتروني، وجد حاجي باباي وزملاؤه أن هذا المجال مشبع بدراسات لمرة واحدة، أو دراسات إثبات المفهوم التي تحاول إظهار نجاح تحليلات الحمض النووي الإلكتروني. لا تزال الأبحاث منعزلة إلى حد كبير في الأوساط الأكاديمية.

على هذا النحو، فإن الممارسين الذين يأملون في استخدام الحمض النووي الإلكتروني في سياقات تطبيقية يسألون أحيانًا عن القمر. هل النوع موجود في مكان معين؟ على سبيل المثال، قال حاجبابائي، إن أحد الأشخاص سأله مؤخرًا عما إذا كان بإمكانه دحض وجود الطفيلي تمامًا، مما يثبت أنه لم يظهر في مزرعة تربية الأحياء المائية. "وأنا أقول: انظر، لا توجد طريقة يمكنني من خلالها أن أقول أن هذا 100 بالمائة."

وقال إنه حتى مع وجود إطار تحليلي صارم، فإن المشكلات المتعلقة بالسلبيات الكاذبة والإيجابيات الكاذبة يصعب حلها بشكل خاص دون القيام بأحد الأشياء التي يتجنبها الحمض النووي eDNA، وهو الجمع التقليدي والفحص اليدوي. وعلى الرغم من القيود، فقد بدأت مجموعة قليلة من الشركات بالفعل في تسويق هذه التقنية تجاريًا. على سبيل المثال، هل يمكن للتطبيقات المستقبلية أن تساعد الشركة على التأكد مما إذا كان الجسر الذي تقوم ببنائه سيضر بأي حيوانات مهددة بالانقراض محليًا؟ تحدد إحدى شركات تربية الأحياء المائية ما إذا كانت المياه التي تزرع فيها أسماكها موبوءة بقمل البحر؟ أو مالك الأرض الذي لديه فضول لمعرفة ما إذا كانت المزارع الجديدة تجتذب نطاقًا أوسع من النحل المحلي.

تعتبر المشكلة جوهرية إلى حد ما نظرًا لسمعة الحمض النووي الإلكتروني (eDNA) كوسيلة غير مباشرة لاكتشاف ما لا يمكن اكتشافه، أو كحل بديل في سياقات عندما يكون من غير الممكن ببساطة غمس شبكة والقبض على جميع الكائنات الحية في البحر.

وقال حاجي باباي: "من الصعب للغاية التحقق من صحة بعض هذه السيناريوهات". "وهذه هي طبيعة الوحش في الأساس."

...

إدنا يفتح الكثير من الاحتمالات، ويجيب على سؤال طرحه في الأصل باركاي (وبلا شك العديد من الآخرين): "من هناك؟" ولكنها تقدم بشكل متزايد تلميحات تصل إلى السؤال "ماذا يفعلون هناك؟" السؤال أيضا. إليزابيث كلير، أستاذة علم الأحياء بجامعة يورك في تورونتو، تدرس التنوع البيولوجي. وقالت إنها لاحظت الخفافيش وهي تجثم في مكان واحد خلال النهار، ولكن من خلال جمع الحمض النووي المحمول جوا، يمكنها أيضا استنتاج المكان الذي تتواصل فيه الخفافيش مع الآخرين في الليل. في آخر دراسة، ظهر الحمض النووي eDNA للكلب المستأنس في براز الثعلب الأحمر. لا يبدو أن كلا النوعين من الكلاب يتزاوجان، لكن الباحثين تساءلوا عما إذا كان التقارب بينهما قد أدى إلى ارتباك، أو تلوث متبادل، قبل أن يستقروا في النهاية على تفسير آخر: يبدو أن الثعالب أكلت فضلات الكلاب.

لذلك، في حين أن الحمض النووي الإلكتروني لا يكشف بطبيعته عن سلوك الحيوان، وفقًا لبعض الروايات، فإن هذا المجال يخطو خطوات واسعة نحو توفير أدلة حول ما يمكن أن يفعله الكائن الحي، وكيف يتفاعل مع الأنواع الأخرى، في بيئة معينة - حيث يجمع معلومات حول الصحة دون مراقبة مباشرة. سلوك.

خذ احتمالًا آخر: المراقبة الحيوية على نطاق واسع. في الواقع، على مدى السنوات الثلاث الماضية، شارك عدد أكبر من أي وقت مضى في تجربة جريئة جارية بالفعل: جمع العينات البيئية من المجاري العامة لتتبع جزيئات كوفيد 19 الفيروسية وغيرها من الكائنات الحية التي تصيب البشر. من الناحية الفنية، يتضمن أخذ عينات مياه الصرف الصحي نهجًا ذا صلة يسمى eRNA، لأن بعض الفيروسات تحتوي فقط على معلومات وراثية مخزنة في شكل RNA، بدلاً من DNA. ومع ذلك، تنطبق نفس المبادئ. (تشير الدراسات أيضًا إلى أن الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي يحدد البروتينات التي يعبر عنها الكائن الحي، يمكن استخدامه لتقييم صحة النظام البيئي؛ فالكائنات الحية التي تتمتع بصحة جيدة قد تعبر عن بروتينات مختلفة تمامًا مقارنة بتلك التي تعاني من الإجهاد). بالإضافة إلى مراقبة انتشار الأمراض، فإن مياه الصرف الصحي توضح المراقبة كيف يمكن للبنية التحتية الحالية المصممة للقيام بشيء واحد -تم تصميم المجاري لجمع النفايات- أن تتحول إلى أداة قوية لدراسة شيء آخر، مثل الكشف عن مسببات الأمراض.

لدى كلير عادة القيام بذلك. وقالت: "أنا شخصياً واحدة من هؤلاء الأشخاص الذين يميلون إلى استخدام الأدوات، وليس بالطريقة المقصودة". كانت كلير من بين الباحثين الذين لاحظوا وجود فجوة في البحث: كان هناك قدر أقل بكثير من عمل الحمض النووي الإلكتروني (eDNA) المنجز على الكائنات الأرضية. لذلك، بدأت العمل مع ما يمكن تسميته بالفلتر الطبيعي، وهو الديدان التي تمتص الدم من الثدييات. "إن جمع 1,000 علقة أسهل بكثير من العثور على الحيوانات. وأضافت: "لكن لديهم وجبات دم بداخلهم، ويحمل الدم الحمض النووي للحيوانات التي تفاعلوا معها". "يشبه الأمر وجود مجموعة من المساعدين الميدانيين لإجراء المسح نيابةً عنك." ثم فكرت إحدى طلابها بنفس الشيء بالنسبة لخنافس الروث، والتي من الأسهل جمعها.

تقود كلير الآن تطبيقًا جديدًا لنظام آخر للمراقبة المستمرة، وذلك من خلال الاستفادة من أجهزة مراقبة جودة الهواء الموجودة والتي تقيس الملوثات، مثل الجسيمات الدقيقة، بينما تقوم أيضًا في نفس الوقت بإزالة الحمض النووي eDNA من السماء. في أواخر عام 2023، لم يكن لديها سوى مجموعة عينات صغيرة، لكنها وجدت بالفعل أنه كنتيجة ثانوية للمراقبة الروتينية لجودة الهواء، تضاعفت هذه الأدوات الموجودة مسبقًا كمرشحات للمادة التي تسعى إليها. لقد كانت، بشكل أو بآخر، شبكة منظمة وعابرة للقارات تجمع العينات بطريقة متسقة للغاية على مدى فترات طويلة من الزمن. وقالت: "يمكنك بعد ذلك استخدامها لبناء سلاسل زمنية وبيانات عالية الدقة في قارات بأكملها".

وقالت كلير إنه في المملكة المتحدة وحدها، هناك ما يقدر بنحو 150 موقعًا مختلفًا مص كمية معلومة من الهواء، كل أسبوع، طوال العام، وهو ما يصل إلى حوالي 8,000 قياس في السنة. قامت كلير وزملاؤها مؤخرًا بتحليل مجموعة فرعية صغيرة من هذه - 17 قياسًا من موقعين - وتمكنوا من تحديد أكثر من 180 مجموعة تصنيفية مختلفة، وأكثر من 80 نوعًا مختلفًا من النباتات والفطريات، و26 نوعًا مختلفًا من الثدييات، و34 نوعًا مختلفًا من الثدييات. أنواع مختلفة من الطيور، بالإضافة إلى ما لا يقل عن 35 نوعا من الحشرات.

ومن المؤكد أن هناك مواقع بحث بيئية أخرى طويلة المدى. وتمتلك الولايات المتحدة شبكة من هذه المرافق. لكن نطاق دراستهم لا يشمل بنية تحتية موزعة عالميًا تقيس التنوع البيولوجي بشكل مستمر، بما في ذلك مرور الطيور المهاجرة في السماء إلى توسع وانكماش الأنواع مع تغير المناخ. يمكن القول إن الحمض النووي الإلكتروني (eDNA) من المرجح أن يكمل، بدلاً من أن يحل محل، الشبكة الموزعة من الأشخاص، الذين يسجلون ملاحظات زمانية ومكانية عالية الدقة في الوقت الفعلي على مواقع الويب مثل eBird أو iNaturalist. مثل صورة غامضة لمجرة جديدة تمامًا تظهر، تظل الدقة الحالية منخفضة.

قالت كلير: "إنه نوع من نظام التجميع المعمم، وهو أمر لم يُسمع به إلى حد كبير في علم التنوع البيولوجي". وكانت تشير إلى القدرة على سحب إشارات الحمض النووي الإلكتروني من لا شيء، لكن الشعور كان يتحدث عن الطريقة ككل: "إنها ليست مثالية،" كما قالت، "ولكن لا يوجد شيء آخر يفعل ذلك حقًا".

تم نشر هذه المقالة في الأصل Undark. إقرأ ال المقال الأصلي.

الصورة الائتمان: أندارك + DALL-E

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2024/04/02/environmental-dna-is-everywhere-scientists-are-gathering-it-all/