Στο τέλος Τη δεκαετία του 1980, σε μια ομοσπονδιακή ερευνητική μονάδα στην Pensacola της Φλόριντα, η Tamar Barkay χρησιμοποίησε λάσπη με έναν τρόπο που αποδείχτηκε επαναστατικός με τρόπο που δεν μπορούσε ποτέ να φανταστεί εκείνη την εποχή: μια ωμή εκδοχή μιας τεχνικής που τώρα ταράζει πολλά επιστημονικά πεδία. Ο Μπάρκαϊ είχε συλλέξει πολλά δείγματα λάσπης—ένα από μια δεξαμενή στην ενδοχώρα, ένα άλλο από ένα υφάλμυρο bayou και ένα τρίτο από ένα χαμηλό βάλτο αλμυρού νερού. Έβαλε αυτά τα δείγματα ιζημάτων σε γυάλινα μπουκάλια στο εργαστήριο και στη συνέχεια πρόσθεσε υδράργυρο, δημιουργώντας κάτι που ισοδυναμούσε με τοξική λάσπη.

Εκείνη την εποχή, η Barkay εργαζόταν για την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος και ήθελε να μάθει πώς οι μικροοργανισμοί στη λάσπη αλληλεπιδρούν με τον υδράργυρο, έναν βιομηχανικό ρύπο, που απαιτούσε κατανόηση όλοι τους οργανισμούς σε ένα δεδομένο περιβάλλον – όχι μόνο το μικροσκοπικό τμήμα που θα μπορούσε να αναπτυχθεί με επιτυχία σε πιάτα Petri στο εργαστήριο. Αλλά το υποκείμενο ερώτημα ήταν τόσο βασικό που παραμένει ένα από αυτά τα θεμελιώδη ερωτήματα που οδηγούν στη βιολογία. Όπως το είπε ο Barkay, ο οποίος είναι τώρα συνταξιούχος, σε μια πρόσφατη συνέντευξη από το Boulder του Κολοράντο: «Ποιος είναι εκεί;» Και, εξίσου σημαντικό, πρόσθεσε: «Τι κάνουν εκεί;»

Τέτοια ερωτήματα εξακολουθούν να είναι επίκαιρα σήμερα, που τίθενται από οικολόγους, αξιωματούχους δημόσιας υγείας, βιολόγους διατήρησης, ιατροδικαστές και όσους μελετούν την εξέλιξη και τα αρχαία περιβάλλοντα - και οδηγούν επιδημιολόγους και βιολόγους από δέρμα παπουτσιών σε μακρινές γωνιές του κόσμου.

η 1987 χαρτί Η Barkay και οι συνάδελφοί της δημοσιεύτηκαν στο Journal of Microbiological Methods περιέγραψε μια μέθοδο-«Άμεση Εξαγωγή Περιβαλλοντικού DNA»—που θα επέτρεπε στους ερευνητές να πραγματοποιήσουν απογραφή. Ήταν ένα πρακτικό εργαλείο, αν και μάλλον ακατάστατο, για τον εντοπισμό του ποιος ήταν εκεί έξω. Η Barkay το χρησιμοποίησε για το υπόλοιπο της καριέρας της.

Σήμερα, η μελέτη αναφέρεται ως μια πρώιμη ματιά του eDNA, ή του περιβαλλοντικού DNA, ενός σχετικά φθηνού, ευρέως διαδεδομένου, δυνητικά αυτοματοποιημένου τρόπου παρατήρησης της ποικιλομορφίας και της κατανομής της ζωής. Σε αντίθεση με προηγούμενες τεχνικές, οι οποίες μπορούσαν να αναγνωρίσουν DNA από, ας πούμε, έναν μεμονωμένο οργανισμό, η μέθοδος συλλέγει επίσης το στροβιλιζόμενο σύννεφο άλλου γενετικού υλικού που το περιβάλλει. Τα τελευταία χρόνια ο τομέας έχει αυξηθεί σημαντικά. «Έχει το δικό του ημερολόγιο», είπε ο Eske Willerslev, ένας εξελικτικός γενετιστής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. «Έχει τη δική του κοινωνία, την επιστημονική κοινωνία. Έχει γίνει ένα καθιερωμένο πεδίο».

Το eDNA χρησιμεύει ως εργαλείο επιτήρησης, προσφέροντας στους ερευνητές ένα μέσο ανίχνευσης του φαινομενικά μη ανιχνεύσιμου. Με τη δειγματοληψία eDNA ή μιγμάτων γενετικού υλικού —δηλαδή θραυσμάτων DNA, του σχεδίου της ζωής— σε νερό, έδαφος, πυρήνες πάγου, μπατονέτες ή σχεδόν οποιοδήποτε περιβάλλον μπορεί κανείς να φανταστεί, ακόμη και σε αραιό αέρα, είναι πλέον δυνατό να αναζητηθεί έναν συγκεκριμένο οργανισμό ή να συγκεντρώσει ένα στιγμιότυπο όλων των οργανισμών σε ένα δεδομένο μέρος. Αντί να στήσει μια κάμερα για να δει ποιος διασχίζει την παραλία τη νύχτα, το eDNA βγάζει αυτές τις πληροφορίες από τα ίχνη στην άμμο. «Είμαστε όλοι ξεφλουδισμένοι, σωστά;» είπε ο Robert Hanner, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Guelph στον Καναδά. «Υπάρχουν κομμάτια κυτταρικών συντριμμιών που απομακρύνονται συνεχώς».

Ως μέθοδος επιβεβαίωσης της παρουσίας κάτι, το eDNA δεν είναι ακατάλληλο. Για παράδειγμα, ο οργανισμός που ανιχνεύτηκε στο eDNA μπορεί να μην ζει πραγματικά στην τοποθεσία όπου συλλέχθηκε το δείγμα. Ο Χάνερ έδωσε το παράδειγμα ενός περαστικού πουλιού, ενός ερωδιού, που έφαγε μια σαλαμάνδρα και στη συνέχεια έβγαλε λίγο από το DNA της, κάτι που θα μπορούσε να είναι ένας λόγος που τα σήματα των αμφίβιων υπάρχουν σε ορισμένες περιοχές όπου δεν έχουν βρεθεί ποτέ φυσικά.

Ωστόσο, το eDNA έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει στην ανίχνευση γενετικών ιχνών, μερικά από τα οποία εξαφανίζονται στο περιβάλλον, προσφέροντας έναν συναρπαστικό -και δυνητικά ανατριχιαστικό- τρόπο συλλογής πληροφοριών για οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, καθώς κάνουν τις καθημερινές τους δουλειές.

...

Η εννοιολογική βάση για το eDNA —προφέρεται EE-DEE-EN-AY, όχι ED-NUH— χρονολογείται εκατό χρόνια πριν, πριν από την εμφάνιση της λεγόμενης μοριακής βιολογίας, και συχνά αποδίδεται στον Edmond Locard, έναν Γάλλο εγκληματολόγο που εργαζόταν στις αρχές 20ος αιώνας. Σε μια σειρά από χαρτιά που δημοσιεύτηκε το 1929, ο Locard πρότεινε μια αρχή: Κάθε επαφή αφήνει ένα ίχνος. Στην ουσία, το eDNA φέρνει την αρχή του Locard στον 21ο αιώνα.

Για τις πρώτες αρκετές δεκαετίες, το πεδίο που έγινε eDNA—συμπεριλαμβανομένης της δουλειάς του Barkay στη δεκαετία του 1980— εστίαζε σε μεγάλο βαθμό στη μικροβιακή ζωή. Κοιτάζοντας πίσω στην εξέλιξή του, το eDNA φάνηκε αργό για να βγει από την παροιμιώδη λάσπη.

Μόλις το 2003 εμφανίστηκε η μέθοδος α εξαφανισμένο οικοσύστημα. Με επικεφαλής τον Willerslev, η μελέτη του 2003 ανέσυρε αρχαίο DNA από λιγότερο από ένα κουταλάκι του γλυκού ίζημα, αποδεικνύοντας για πρώτη φορά τη δυνατότητα ανίχνευσης μεγαλύτερων οργανισμών με την τεχνική, συμπεριλαμβανομένων των φυτών και των μάλλινων μαμούθ. Στην ίδια μελέτη, το ίζημα που συλλέχτηκε σε ένα σπήλαιο της Νέας Ζηλανδίας (το οποίο κυρίως δεν είχε παγώσει) αποκάλυψε ένα εξαφανισμένο πουλί: το moa. Αυτό που είναι ίσως πιο αξιοσημείωτο είναι ότι αυτές οι εφαρμογές για τη μελέτη του αρχαίου DNA προήλθαν από μια τεράστια ποσότητα κοπριάς που έπεσε στο έδαφος εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια πριν.

Ο Willerslev είχε για πρώτη φορά την ιδέα λίγα χρόνια νωρίτερα, ενώ σκεφτόταν ένα πιο πρόσφατο σωρό κοπριάς: Ανάμεσα στο μεταπτυχιακό του και το Ph.D. στην Κοπεγχάγη, βρέθηκε σε χαλαρά άκρα, πασχίζοντας να αποκτήσει οστά, σκελετικά υπολείμματα ή άλλα φυσικά δείγματα για μελέτη. Όμως, ένα φθινόπωρο, κοίταξε έξω από το παράθυρο «ένα σκυλί που έπαιζε χάλια στο δρόμο», θυμάται. Η σκηνή τον ώθησε να σκεφτεί το DNA στα κόπρανα και πώς ξεβράστηκε με τη βροχή, χωρίς να αφήσει ορατό ίχνος. Αλλά ο Willerslev αναρωτήθηκε: «Μήπως το DNA θα μπορούσε να επιβιώσει;» Αυτό έφτιαξα στη συνέχεια για να προσπαθήσω να μάθω».

Το έγγραφο κατέδειξε την αξιοσημείωτη ανθεκτικότητα του DNA, το οποίο, όπως είπε, επιβιώνει στο περιβάλλον για πολύ περισσότερο από ό,τι πρότειναν οι προηγούμενες εκτιμήσεις. Ο Willerslev ανέλυσε έκτοτε το eDNA σε παγωμένη τούνδρα στη σύγχρονη Γροιλανδία, που χρονολογείται πριν από 2 εκατομμύρια χρόνια, και εργάζεται σε δείγματα από το Angkor Wat, το τεράστιο συγκρότημα ναών στην Καμπότζη που πιστεύεται ότι χτίστηκε τον 12ο αιώνα. «Θα έπρεπε να είναι η χειρότερη διατήρηση του DNA που μπορείτε να φανταστείτε», είπε. «Εννοώ, έχει ζέστη και υγρασία».

Αλλά, είπε, «μπορούμε να βγάλουμε το DNA».

Ο Willerslev δεν είναι πλέον μόνος που βλέπει ένα πιθανό εργαλείο με φαινομενικά απεριόριστες εφαρμογές - ειδικά τώρα που η πρόοδος επιτρέπει στους ερευνητές να αλληλουχούν και να αναλύουν μεγαλύτερες ποσότητες γενετικών πληροφοριών. «Είναι ένα ανοιχτό παράθυρο για πολλά, πολλά πράγματα», είπε, «και πολύ περισσότερα από όσα μπορώ να σκεφτώ, είμαι σίγουρος». Δεν ήταν μόνο αρχαία μαμούθ. Το eDNA θα μπορούσε να αποκαλύψει τους σημερινούς οργανισμούς που κρύβονται ανάμεσά μας.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το eDNA για να παρακολουθούν πλάσματα όλων των σχημάτων και μεγεθών, είτε πρόκειται για ένα μεμονωμένο είδος, όπως μικροσκοπικά κομμάτια από επεμβατικά φύκια, χέλια στο Λοχ Νες ή έναν αόρατο τυφλοπόντικα που κατοικεί στην άμμο που δεν έχει παρατηρηθεί εδώ και σχεδόν 90 χρόνια. Οι ερευνητές δειγματίζουν ολόκληρες κοινότητες, ας πούμε, κοιτάζοντας το eDNA που βρίσκεται στα άνθη των αγριολούλουδων ή το eDNA που φυσάει στον άνεμο ως υποκατάστατο για όλα τα πουλιά και τις μέλισσες που επισκέπτονται και άλλους επικονιαστές ζώων.

...

Η επόμενη Το εξελικτικό άλμα προς τα εμπρός στην ιστορία του eDNA διαμορφώθηκε γύρω από την αναζήτηση οργανισμών που ζουν σήμερα σε υδάτινα περιβάλλοντα της γης. Το 2008, α εμφανίστηκε ο τίτλος: «Το νερό διατηρεί τη μνήμη DNA των κρυμμένων ειδών». Δεν προήλθε από την ταμπλόιντ του σούπερ μάρκετ, αλλά από την έγκριτη εμπορική έκδοση Chemistry World, που περιγράφει το έργο του Γάλλου ερευνητή Pierre Taberlet και των συναδέλφων του. Η ομάδα αναζήτησε καφέ-πράσινους ταυροβάτραχους, που μπορεί να ζυγίζουν περισσότερα από 2 κιλά και, επειδή κόβουν τα πάντα στο πέρασμά τους, θεωρούνται χωροκατακτητικό είδος στη δυτική Ευρώπη. Η εύρεση ταυροβάτραχων συνήθως περιελάμβανε ειδικευμένους ερπετολόγους που σάρωναν τις ακτές με κιάλια και στη συνέχεια επέστρεφαν μετά τη δύση του ηλίου για να ακούσουν τις κλήσεις τους. ο χαρτί 2008 πρότεινε έναν ευκολότερο τρόπο—μια έρευνα που απαιτούσε πολύ λιγότερο προσωπικό.

«Θα μπορούσατε να πάρετε DNA από αυτό το είδος απευθείας έξω από το νερό», είπε ο Philip Thomsen, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Aarhus (ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη). «Και αυτό πραγματικά ξεκίνησε το πεδίο του περιβαλλοντικού DNA».

Οι βάτραχοι μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστούν και δεν είναι, φυσικά, το μόνο είδος που διαφεύγει της πιο παραδοσιακής ανίχνευσης με μπότες στο έδαφος. Ο Τόμσεν άρχισε να εργάζεται σε έναν άλλο οργανισμό που μπερδεύει τη μέτρηση: ψάρι. Λέγεται ότι η καταμέτρηση των ψαριών μοιάζει αόριστα με τα δέντρα που μετράνε - εκτός από το ότι περιφέρονται ελεύθερα, σε σκοτεινά μέρη και οι μετρητές ψαριών κάνουν την καταμέτρηση τους με δεμένα μάτια. Το περιβαλλοντικό DNA έριξε τα μάτια. Ενας ανασκόπηση της δημοσιευμένης βιβλιογραφίας σχετικά με την τεχνολογία - αν και συνοδεύτηκε από προειδοποιήσεις, συμπεριλαμβανομένων ατελών και ανακριβών ανιχνεύσεων ή λεπτομερειών για την αφθονία - διαπίστωσε ότι οι μελέτες eDNA σε ψάρια γλυκού και θαλάσσιου νερού και αμφίβια ξεπερνούσαν αριθμητικά τις αντίστοιχες χερσαίες 7:1.

Το 2011, ο Thomsen, τότε Ph.D. υποψήφιος στο εργαστήριο του Willerslev, δημοσίευσε α χαρτί αποδεικνύοντας ότι η μέθοδος μπορούσε να ανιχνεύσει σπάνιες και απειλούμενα είδη, όπως αυτά σε χαμηλή αφθονία στην Ευρώπη, συμπεριλαμβανομένων των αμφιβίων, των θηλαστικών όπως η βίδρα, των καρκινοειδών και των λιβελλούλων. «Δείξαμε ότι μόνο, για παράδειγμα, ένα ποτήρι νερό ήταν πραγματικά αρκετό για να ανιχνεύσει αυτούς τους οργανισμούς», είπε. Αποσυνδέστε. Ήταν σαφές: Η μέθοδος είχε άμεσες εφαρμογές στη βιολογία διατήρησης για την ανίχνευση και την παρακολούθηση ειδών.

Το 2012 δημοσιεύτηκε το περιοδικό Molecular Ecology ειδικό τεύχος για το eDNA, και ο Taberlet και αρκετοί συνάδελφοι περιέγραψαν έναν λειτουργικό ορισμό του eDNA ως οποιουδήποτε DNA που απομονώνεται από περιβαλλοντικά δείγματα. Η μέθοδος περιέγραψε δύο παρόμοιες αλλά ελαφρώς διαφορετικές προσεγγίσεις: Μπορεί κανείς να απαντήσει σε μια ερώτηση ναι ή όχι: Είναι ο ταυροβάτραχος (ή οτιδήποτε άλλο) υπάρχει ή όχι; Το κάνει σαρώνοντας τον μεταφορικό γραμμωτό κώδικα, σύντομες αλληλουχίες DNA που είναι ειδικές για ένα είδος ή οικογένεια, που ονομάζονται εκκινητές. ο σαρωτής ταμείου είναι μια κοινή τεχνική που ονομάζεται ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης σε πραγματικό χρόνο ή qPCR.

Μια άλλη προσέγγιση, κοινώς γνωστή ως μεταγραμμική κωδικοποίηση DNA, ουσιαστικά φτύνει μια λίστα οργανισμών που υπάρχουν σε ένα δεδομένο δείγμα. «Κάντε την ερώτηση, τι είναι εδώ;» είπε ο Τόμσεν. «Και μετά έχεις όλα τα γνωστά πράγματα, αλλά έχεις και κάποιες εκπλήξεις, σωστά; Επειδή υπήρχαν κάποια είδη που δεν ήξερες ότι υπήρχαν στην πραγματικότητα».

Κάποιος στοχεύει να βρει τη βελόνα σε μια θημωνιά. ο άλλος προσπαθεί να αποκαλύψει ολόκληρη τη θημωνιά. Το eDNA διαφέρει από τις πιο παραδοσιακές τεχνικές δειγματοληψίας όπου οι οργανισμοί, όπως τα ψάρια, πιάνονται, χειραγωγούνται, πιέζονται και μερικές φορές σκοτώνονται. Τα δεδομένα που λαμβάνονται είναι αντικειμενικά. είναι τυποποιημένο και αμερόληπτο.

"Το eDNA, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, θα παραμείνει ως μία από τις σημαντικές μεθοδολογίες στις βιολογικές επιστήμες", δήλωσε ο Mehrdad Hajibabaei, μοριακός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Guelph, ο οποίος πρωτοστάτησε στην προσέγγιση μεταγραμμικού κωδικοποίησης και ο οποίος ανίχνευση ψαρεύουν περίπου 9,800 πόδια κάτω από τη θάλασσα του Λαμπραντόρ. «Κάθε μέρα βλέπω κάτι να φουσκώνει που δεν μου πέρασε από το μυαλό».

...

Τα τελευταία χρόνια, το πεδίο του eDNA έχει επεκταθεί. Η ευαισθησία της μεθόδου επιτρέπει στους ερευνητές να δειγματίζουν περιβάλλοντα που προηγουμένως δεν ήταν προσβάσιμα, για παράδειγμα, σύλληψη eDNA από τον αέρα — μια προσέγγιση που υπογραμμίζει τις υποσχέσεις του eDNA και τις πιθανές παγίδες του. Το αερομεταφερόμενο eDNA φαίνεται να κυκλοφορεί σε μια παγκόσμια ζώνη σκόνης, υποδηλώνοντας την αφθονία και την πανταχού παρουσία του, και μπορεί να φιλτραριστεί και να αναλυθεί για την παρακολούθηση φυτών και χερσαίων ζώων. Αλλά το eDNA που φυσά στον άνεμο μπορεί να οδηγήσει σε ακούσια μόλυνση.

Το 2019, ο Τόμσεν, για παράδειγμα, άφησε δύο μπουκάλια εξαιρετικά καθαρό νερό έξω στο ύπαιθρο — το ένα σε ένα λιβάδι και το άλλο κοντά σε ένα θαλάσσιο λιμάνι. Μετά από λίγες ώρες, το νερό περιείχε ανιχνεύσιμο eDNA που σχετίζεται με πτηνά και ρέγγα, υποδηλώνοντας ότι ίχνη μη χερσαίων ειδών εγκαταστάθηκαν στα δείγματα. οι οργανισμοί προφανώς δεν κατοικούσαν στα μπουκάλια. «Έτσι πρέπει να προέρχεται από τον αέρα», είπε ο Τόμσεν στο Undark. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ένα διπλό πρόβλημα: Για το ένα, τα ίχνη μπορούν να κυκλοφορούν, όπου δύο οργανισμοί που έρχονται σε επαφή μπορούν στη συνέχεια να περιφέρονται γύρω από το DNA του άλλου και μόνο και μόνο επειδή υπάρχει συγκεκριμένο DNA δεν σημαίνει ότι το είδος είναι πραγματικά εκεί. .

Επιπλέον, δεν υπάρχει επίσης καμία εγγύηση ότι η παρουσία του eDNA υποδεικνύει ότι ένα είδος είναι ζωντανό και απαιτούνται ακόμη έρευνες πεδίου, είπε, για να κατανοήσουμε την επιτυχία αναπαραγωγής ενός είδους, την υγεία του ή την κατάσταση του οικοτόπου του. Μέχρι στιγμής, λοιπόν, το eDNA δεν αντικαθιστά απαραίτητα τις φυσικές παρατηρήσεις ή συλλογές. Σε μια άλλη μελέτη, στην οποία η ομάδα του Τόμσεν συνέλεξε Έντνα στα λουλούδια για την αναζήτηση πτηνών που επικονιάζουν, περισσότερο από το ήμισυ του eDNA που αναφέρεται στο έγγραφο προήλθε από ανθρώπους, μόλυνση που δυνητικά θόλωσε τα αποτελέσματα και κατέστησε πιο δύσκολο τον εντοπισμό των εν λόγω επικονιαστών.

Ομοίως, τον Μάιο του 2023, μια ομάδα του Πανεπιστημίου της Φλόριντα που μελέτησε προηγουμένως τις θαλάσσιες χελώνες από τα ίχνη του eDNA που άφησαν καθώς σέρνονταν κατά μήκος της παραλίας δημοσιεύθηκε ένα χαρτί που βρήκε ανθρώπινο DNA. Τα δείγματα ήταν αρκετά άθικτα για να ανιχνεύσουν βασικές μεταλλάξεις που θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση μεμονωμένων ατόμων, υποδηλώνοντας ότι η βιολογική επιτήρηση έθεσε επίσης αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τις ηθικές δοκιμές σε ανθρώπους και την ενημερωμένη συναίνεση. Εάν το eDNA χρησίμευε ως δίχτυ γρι, τότε σάρωνε αδιακρίτως πληροφορίες σχετικά με τη βιοποικιλότητα και αναπόφευκτα κατέληξε σε, όπως το έθεσε το έγγραφο της ομάδας UF, «ανθρώπινο γενετικό παρεμπίπτον αλίευμα».

Ενώ τα ζητήματα απορρήτου γύρω από τα ίχνη στην άμμο, μέχρι στιγμής, φαίνεται να υπάρχουν ως επί το πλείστον στη σφαίρα του υποθετικού, η χρήση του eDNA σε νομικές διαφορές που σχετίζονται με την άγρια ​​ζωή δεν είναι μόνο δυνατή αλλά είναι ήδη πραγματικότητα. Χρησιμοποιείται επίσης σε ποινικές έρευνες: Το 2021, για παράδειγμα, μια ομάδα Κινέζων ερευνητών αναφερθεί ότι το eDNA που συγκέντρωσε το παντελόνι ενός ύποπτου δολοφόνου είχε, σε αντίθεση με τους ισχυρισμούς του, αποκάλυψε ότι πιθανότατα είχε πάει στο λασπωμένο κανάλι όπου είχε βρεθεί ένα πτώμα.

Οι ανησυχίες σχετικά με το εκτός στόχου eDNA, όσον αφορά την ακρίβεια και την εμβέλειά του στην ανθρώπινη ιατρική και την ιατροδικαστική, αναδεικνύουν μια άλλη, πολύ ευρύτερη, έλλειψη. Όπως ο Hanner στο Πανεπιστήμιο του Guelph περιέγραψε το πρόβλημα: «Τα ρυθμιστικά πλαίσια και η πολιτική μας τείνουν να υστερούν τουλάχιστον μια δεκαετία ή περισσότερο πίσω από την επιστήμη».

Σήμερα είναι αμέτρητοι πιθανές ρυθμιστικές εφαρμογές για την παρακολούθηση της ποιότητας του νερού, την αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων (συμπεριλαμβανομένων των υπεράκτιων αιολικών πάρκων και των γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου για την ανάπτυξη εμπορικών λωρίδων πιο εύχρηστης), τη διαχείριση ειδών και την επιβολή του νόμου για τα απειλούμενα είδη. Σε ένα υπόθεση αστικού δικαστηρίου που κατατέθηκε το 2021, η Υπηρεσία Ψαριών και Άγριας Ζωής των ΗΠΑ αξιολόγησε εάν ένα απειλούμενο ψάρι υπήρχε σε μια συγκεκριμένη λεκάνη απορροής, χρησιμοποιώντας eDNA και πιο παραδοσιακή δειγματοληψία, και διαπίστωσε ότι δεν υπήρχε. Τα δικαστήρια είπαν ότι η έλλειψη προστασίας του οργανισμού για τη συγκεκριμένη λεκάνη απορροής ήταν δικαιολογημένη. Το θέμα δεν φαίνεται να είναι αν το eDNA στάθηκε στο δικαστήριο. το έκανε. «Αλλά δεν μπορείς πραγματικά να πεις ότι κάτι δεν υπάρχει σε ένα περιβάλλον», είπε ο Hajibabaei.

Πρόσφατα τονίζεται το θέμα της επικύρωσης: το eDNA συνάγει ένα αποτέλεσμα, αλλά χρειάζεται πιο καθιερωμένα κριτήρια για να επιβεβαιωθεί ότι αυτά τα αποτελέσματα είναι πραγματικά αληθινά (ότι ένας οργανισμός είναι πραγματικά παρόν ή απουσιάζει ή σε μια συγκεκριμένη ποσότητα). ΕΝΑ σειρά ειδικών συναντήσεων για τους επιστήμονες εργάστηκαν για να αντιμετωπίσουν αυτά τα ζητήματα τυποποίησης, τα οποία, όπως είπε, περιλαμβάνουν πρωτόκολλα, αλυσίδα φύλαξης και κριτήρια για τη δημιουργία και ανάλυση δεδομένων. Σε ένα ανασκόπηση των μελετών eDNA, ο Hajibabaei και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι το πεδίο είναι κορεσμένο με μεμονωμένες μελέτες ή μελέτες απόδειξης της ιδέας που προσπαθούν να δείξουν ότι οι αναλύσεις eDNA λειτουργούν. Η έρευνα παραμένει συντριπτικά αποσιωπημένη στον ακαδημαϊκό κόσμο.

Ως εκ τούτου, οι επαγγελματίες που ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν το eDNA σε εφαρμοσμένα πλαίσια ζητούν μερικές φορές το φεγγάρι. Υπάρχει το είδος σε συγκεκριμένη τοποθεσία; Για παράδειγμα, είπε ο Hajibabaei, κάποιος τον ρώτησε πρόσφατα εάν μπορούσε να διαψεύσει εντελώς την παρουσία ενός παρασίτου, αποδεικνύοντας ότι δεν είχε εμφανιστεί σε φάρμα υδατοκαλλιέργειας. «Και λέω, «Κοίτα, δεν υπάρχει περίπτωση να πω ότι είναι 100 τοις εκατό».

Ακόμη και με ένα αυστηρό αναλυτικό πλαίσιο, είπε, τα ζητήματα με τα ψευδώς αρνητικά και τα ψευδώς θετικά είναι ιδιαίτερα δύσκολο να επιλυθούν χωρίς να γίνει ένα από τα πράγματα που το eDNA αποτρέπει - πιο παραδοσιακή συλλογή και χειροκίνητη επιθεώρηση. Παρά τους περιορισμούς, μερικές εταιρείες έχουν ήδη αρχίσει να εμπορευματοποιούν την τεχνική. Για παράδειγμα, μελλοντικές εφαρμογές θα μπορούσαν να βοηθήσουν μια εταιρεία να επιβεβαιώσει εάν η γέφυρα που κατασκευάζει θα βλάψει τυχόν τοπικά απειλούμενα ζώα. μια στολή υδατοκαλλιέργειας καθορίζει εάν τα νερά όπου εκτρέφει τα ψάρια της είναι μολυσμένα με θαλάσσιες ψείρες. ή ένας ιδιοκτήτης γης που είναι περίεργος εάν οι νέες φυτεύσεις προσελκύουν ένα ευρύτερο φάσμα γηγενών μελισσών.

Το πρόβλημα είναι μάλλον θεμελιώδες δεδομένης της φήμης του eDNA ως έμμεσου τρόπου ανίχνευσης του μη ανιχνεύσιμου - ή ως λύσης σε περιβάλλοντα όπου απλά δεν είναι δυνατό να βυθίσουμε ένα δίχτυ και να πιάσουμε όλους τους οργανισμούς στη θάλασσα.

«Είναι πολύ δύσκολο να επικυρωθούν ορισμένα από αυτά τα σενάρια», είπε ο Χατζιμαμπάι. «Και αυτή είναι βασικά η φύση του θηρίου».

...

Έντνα ανοίγει πολλές πιθανότητες, απαντώντας σε μια ερώτηση που έθεσε αρχικά ο Barkay (και αναμφίβολα πολλοί άλλοι): "Ποιος είναι εκεί;" Αλλά όλο και περισσότερο παρέχει υποδείξεις που οδηγούν στο "Τι κάνουν εκεί;" ερώτηση επίσης. Η Elizabeth Clare, καθηγήτρια βιολογίας στο Πανεπιστήμιο York στο Τορόντο, μελετά τη βιοποικιλότητα. Είπε ότι έχει παρατηρήσει νυχτερίδες να κουρνιάζουν σε ένα σημείο κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά, συλλέγοντας αερομεταφερόμενο eDNA, θα μπορούσε επίσης να συμπεράνει πού κοινωνικοποιούνται οι νυχτερίδες τη νύχτα. Σε ένα άλλο μελέτη, ο εξημερωμένος σκύλος eDNA εμφανίστηκε σε κόκκινη αλεπού. Τα δύο κυνοειδή δεν φαινόταν να διασταυρώνονται, αλλά οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν η εγγύτητα τους είχε οδηγήσει σε σύγχυση ή διασταυρούμενη μόλυνση, πριν καταλήξουν τελικά σε μια άλλη εξήγηση: οι αλεπούδες προφανώς έτρωγαν κακά σκύλου.

Έτσι, ενώ το eDNA δεν αποκαλύπτει εγγενώς τη συμπεριφορά των ζώων, από ορισμένες απόψεις το πεδίο κάνει βήματα προς την παροχή ενδείξεων σχετικά με το τι μπορεί να κάνει ένας οργανισμός και πώς αλληλεπιδρά με άλλα είδη, σε ένα δεδομένο περιβάλλον - συλλέγοντας πληροφορίες για την υγεία χωρίς άμεση παρατήρηση η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ.

Πάρτε μια άλλη δυνατότητα: μεγάλης κλίμακας βιοπαρακολούθηση. Πράγματι, τα τελευταία τρία χρόνια, περισσότεροι άνθρωποι από ποτέ συμμετείχαν σε ένα τολμηρό πείραμα που βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη: τη συλλογή περιβαλλοντικών δειγμάτων από δημόσιους υπονόμους για την παρακολούθηση ιικών σωματιδίων Covid-19 και άλλων οργανισμών που μολύνουν τον άνθρωπο. Τεχνικά, η δειγματοληψία λυμάτων περιλαμβάνει μια σχετική προσέγγιση που ονομάζεται eRNA, επειδή ορισμένοι ιοί έχουν μόνο γενετικές πληροφορίες αποθηκευμένες με τη μορφή RNA και όχι DNA. Ωστόσο, ισχύουν οι ίδιες αρχές. (Μελέτες προτείνουν επίσης το RNA, το οποίο καθορίζει ποιες πρωτεΐνες εκφράζει ένας οργανισμός, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της υγείας του οικοσυστήματος· οι οργανισμοί που είναι υγιείς μπορεί να εκφράζουν εντελώς διαφορετικές πρωτεΐνες σε σύγκριση με εκείνους που υποβάλλονται σε στρες.) Εκτός από την παρακολούθηση του επιπολασμού των ασθενειών, τα λύματα η επιτήρηση δείχνει πώς μια υπάρχουσα υποδομή που έχει σχεδιαστεί για να κάνει ένα πράγμα -οι υπονόμοι σχεδιάστηκαν για τη συλλογή απορριμμάτων- θα μπορούσε να διαμορφωθεί σε ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη κάτι άλλο, όπως ανίχνευση παθογόνων.

Η Κλερ έχει τη συνήθεια να κάνει ακριβώς αυτό. «Προσωπικά είμαι ένας από εκείνους τους ανθρώπους που τείνουν να χρησιμοποιούν εργαλεία – όχι με τον τρόπο που προορίζονταν», είπε. Η Clare ήταν μεταξύ των ερευνητών που παρατήρησαν ένα κενό στην έρευνα: Υπήρχε πολύ λιγότερη εργασία eDNA σε επίγειους οργανισμούς. Έτσι, άρχισε να δουλεύει με αυτό που θα μπορούσε να ονομαστεί φυσικό φίλτρο, δηλαδή σκουλήκια που ρουφούν αίμα από θηλαστικά. «Είναι πολύ πιο εύκολο να μαζέψεις 1,000 βδέλλες παρά να βρεις τα ζώα. Αλλά έχουν γεύματα αίματος μέσα τους και το αίμα φέρει το DNA των ζώων με τα οποία αλληλεπιδρούσαν», είπε. «Είναι σαν να έχεις ένα σωρό βοηθούς πεδίου να σου κάνουν τοπογράφο». Τότε, ένας από τους μαθητές της σκέφτηκε το ίδιο για τα σκαθάρια κοπριάς, τα οποία είναι ακόμα πιο εύκολο να συλλεχθούν.

Η Clare ηγείται τώρα μιας νέας εφαρμογής για ένα άλλο σύστημα συνεχούς παρακολούθησης - αξιοποιώντας υπάρχοντα μόνιτορ ποιότητας του αέρα που μετρούν ρύπους, όπως τα λεπτά σωματίδια, ενώ ταυτόχρονα αφαιρούν το eDNA από τον ουρανό. Στα τέλη του 2023, είχε μόνο ένα μικρό σετ δειγμάτων, αλλά είχε ήδη διαπιστώσει ότι, ως υποπροϊόν της τακτικής παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα, αυτά τα προϋπάρχοντα εργαλεία διπλασιάστηκαν ως φίλτρα για το υλικό που αναζητά. Ήταν, λίγο πολύ, ένα ρυθμιζόμενο, διηπειρωτικό δίκτυο που συλλέγει δείγματα με πολύ συνεπή τρόπο για μεγάλες χρονικές περιόδους. «Θα μπορούσατε να το χρησιμοποιήσετε για να δημιουργήσετε χρονοσειρές και δεδομένα υψηλής ανάλυσης σε ολόκληρες ηπείρους», είπε.

Μόνο στο Ηνωμένο Βασίλειο, είπε η Clare, υπάρχουν περίπου 150 διαφορετικές τοποθεσίες αναρροφώντας μια γνωστή ποσότητα αέρα, κάθε εβδομάδα, όλο το χρόνο, που ανέρχονται σε περίπου 8,000 μετρήσεις το χρόνο. Η Clare και οι συν-συγγραφείς της ανέλυσαν πρόσφατα σε ένα μικρό υποσύνολο αυτών -17 μετρήσεις από δύο τοποθεσίες- και ήταν σε θέση να αναγνωρίσουν περισσότερες από 180 διαφορετικές ταξινομικές ομάδες, περισσότερα από 80 διαφορετικά είδη φυτών και μυκήτων, 26 ​​διαφορετικά είδη θηλαστικών, 34 διαφορετικά είδη πουλιών, συν τουλάχιστον 35 είδη εντόμων.

Σίγουρα, υπάρχουν και άλλοι μακροπρόθεσμοι χώροι οικολογικής έρευνας. Οι ΗΠΑ διαθέτουν ένα δίκτυο τέτοιων εγκαταστάσεων. Αλλά το πεδίο της μελέτης τους δεν περιλαμβάνει μια παγκόσμια κατανεμημένη υποδομή που μετρά συνεχώς τη βιοποικιλότητα—συμπεριλαμβανομένης της διέλευσης των αποδημητικών πτηνών στην επέκταση και συρρίκνωση των ειδών με την κλιματική αλλαγή. Αναμφισβήτητα, το eDNA πιθανότατα θα συμπληρώσει, αντί να αντικαταστήσει, το κατανεμημένο δίκτυο ανθρώπων, που καταγράφουν παρατηρήσεις σε πραγματικό χρόνο, υψηλής ανάλυσης, χρονικά-χωρικά σε ιστότοπους όπως το eBird ή το iNaturalist. Όπως μια ασαφής εικόνα ενός εντελώς νέου γαλαξία που εμφανίζεται, η τρέχουσα ανάλυση παραμένει χαμηλή.

«Είναι ένα είδος γενικευμένου συστήματος συλλογής, το οποίο είναι λίγο πολύ ανήκουστο στην επιστήμη της βιοποικιλότητας», είπε η Clare. Αναφερόταν στην ικανότητα να τραβάει τα σήματα eDNA από τον αέρα, αλλά το συναίσθημα μίλησε για τη μέθοδο στο σύνολό της: «Δεν είναι τέλεια», είπε, «αλλά δεν υπάρχει τίποτα άλλο που να το κάνει πραγματικά αυτό».

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Αποσυνδέστε. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: Undark + DALL-E

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/04/02/environmental-dna-is-everywhere-scientists-are-gathering-it-all/