- Mātītes odi uzglabā mugurkaulnieku DNS savās asins maltītēs, darbojoties kā mazas ekosistēmas ģenētiskās bibliotēkas.
- Pētījumā Delukas rezervātā (Floridā) tika identificēta 86 mugurkaulnieku sugu DNS, atklājot izplatītas, retas un invazīvas faunas pārstāvjus ar viena veida paraugu.
- iDNS analīze odos piedāvā neinvazīvu, mazietekmīgu metodi, kas papildina un dažreiz ir līdzvērtīga tradicionālajām bioloģiskās daudzveidības skaitīšanām.
- Ne visas odu sugas ir vienlīdz noderīgas: vispārīgākās sniedz plašāku skatījumu, lai gan ierobežojumi joprojām pastāv attiecībā uz pazemes, ūdens vai ārkārtīgi reto faunu.
Oda bojājums vasaras naktī ir ikdienišķa parādība, bet Gandrīz neviens neiedomājas, ka šie kukaiņi darbojas kā mazas bioloģiskas melnās kastes. spēj uzglabāt daudzu apkārtējo dzīvnieku ģenētiskās pēdas. Tas, kas gadiem ilgi izklausījās pēc filmas sižeta, tagad sāk nostiprināties kā zinātnisks instruments ar milzīgu potenciālu.
Odi, kuru slāpes pēc cilvēka asinīm Tas ietekmē to mijiedarbību ar citām sugām — ir atklāts, ka tie ir īstas staigājošas "DNS bibliotēkas", kas uzglabā mugurkaulnieku ģenētiskos fragmentus katru reizi, kad tie barojas ar asinīm. Floridas Universitātes pētnieku grupa ir pierādījusi, ka, analizējot šīs asins maltītes, ir iespējams rekonstruēt lielu daļu no apgabala bioloģiskās daudzveidības, pat neredzot dzīvniekus tieši.
Odi, kas ēd… un uzglabā ģenētisko informāciju
Domājot par to, ko odi ēd, mēs parasti iedomājamies tikai cilvēka asinis, bet Patiesībā tie barojas ar ļoti dažādiem mugurkaulniekiem: zīdītājiem, putniem, rāpuļiem un abiniekiem.Katrs kodums kukaiņa iekšpusē atstāj DNS kokteili, ko īsā laikā var atgūt un analizēt laboratorijā.
Delukas rezervātā, uz dienvidiem no Orlando (Floridā), Entomologu Lorensa Rīvsa un Hannas Atsmas vadītā komanda notvēra vairāk nekā 50 000 odu no 21 dažādas sugas. aptuveni astoņu mēnešu laikā. Viņi koncentrējās uz mātītēm, kas ir vienīgās, kas kož, jo tām olu attīstībai nepieciešamas asins olbaltumvielas, un atlasīja vairāk nekā 2.000 īpatņu, kuriem joprojām bija pilns vēders.
Pēc šo asins miltu apstrādes, Pētnieki identificēja DNS no 86 dažādām mugurkaulnieku sugāmŠis skaitlis veido aptuveni 80% no visiem zināmajiem mugurkaulniekiem rezervātā. Starp tiem bija viss, sākot no mazām kokvardēm līdz briežiem, govīm, tītariem, ūdriem, ērgļiem un klaburčūskām, kā arī invazīvās sugas un citas sugas, kuru skaits ir nepārprotami samazinājies.
Pārsteidzošs bija ne tikai skaits, bet arī ekoloģiskā daudzveidība: Odu "iekšējos arhīvos" parādījās nakts un diennakts, pastāvīgās un migrējošās, kokos dzīvojošas, daļēji ūdens, fosoriālās un sauszemes sugas.Tas parāda, ka viena veida paraugs var sniegt pārsteidzoši plašu pārskatu par vietējo ekosistēmu.
Attēls neizbēgami atgādina slavenā aina no Juras laikmeta parka, kurā no dzintarā pārakmeņojušos odu iegūst dinozaura DNSTomēr zinātne ir balstīta realitātē: izmirušu sugu genomu atgūšana no miljoniem gadu veciem kukaiņiem joprojām ir zinātniskā fantastika, taču vispārējā ideja par odu izmantošanu kā mūsdienu ģenētiskajiem arhīviem ir pilnīgi reālistiska.
Odi kā ekoloģiski sensori un “ģenētiskās kameru slazdi”
Ekoloģijā termins iDNA (ingested DNA — uzņemtā DNS) arvien biežāk tiek lietots, lai aprakstītu Ģenētiskais materiāls, kas atrodas organisma uzņemtajā kuņģa saturā vai asinīsOdu gadījumā šī iDNS nāk tieši no mugurkaulniekiem, kurus tie ir sakoduši, tāpēc katrs kukainis darbojas kā sava veida lidojošs ekoloģisks sensors.
Lai izmantotu šo ideju, Zinātnieki sekvencēja katras asins maltītes DNS un salīdzināja to ar atsauces ģenētiskajām datubāzēm.Tas ļāva viņiem atrastos fragmentus piedēvēt konkrētām sugām un iegūt rezervātā esošo dzīvnieku sarakstu, pat neredzot tos uz zemes.
Viens īpaši interesants pētījuma aspekts ir tas, ka parādījās sugas, kuras bija ārkārtīgi grūti noteikt, izmantojot klasiskās metodesTāpat kā daži plēsīgie putni, nenotveramas čūskas vai mazi abinieki, kas bieži vien paliek nepamanīti, ods, kas īpaši nešķiro, kamēr vien ir asinis, darbojas kā kluss un neuzbāzīgs "datu mednieks".
Šī pieeja pārvērš odus par sava veida ģenētiskās kameru slazdiKustīgu attēlu uzņemšanas vietā tie uztver DNS sekvences. Kamēr kamera ierakstītu tikai dzīvniekus, kas pārvietojas objektīva priekšā, ods var sniegt mums informāciju par indivīdiem, kas pārvietojas pa zemi, kāpj kokos, slēpjas veģetācijā vai pat lido lielos attālumos.
Tomēr šai maģijai ir kāds triks: Oda iekšienē esošā DNS nepaliek mūžīgaPētnieki lēš, ka lielākā daļa šīs ģenētiskās informācijas ir izmantojama aptuveni 48 stundas pēc norīšanas, pirms tā tiek sadalīta gremošanas procesā. Tas padara katru paraugu ļoti precīzu momentuzņēmumu par to, kas atradās šajā vietā tajā laikā.
Kā tas salīdzināms ar tradicionālajām savvaļas dzīvnieku monitoringa metodēm?
Mūžizglītības bioloģiskās daudzveidības skaitīšanas ietver uzstādīt kameru slazdus, izlikt tīklus vai fiziskus slazdus, izsekot pēdu nospiedumus, klausīties dziesmas vai stundām ilgi veikt transektus kājām.Šīs ir uzticamas un plaši izmantotas metodes, taču tām nepieciešamas arī lielas pūles, specializēts personāls un bieži vien ievērojams budžets.
Kameras parasti ieraksta noteikta lieluma zīdītāji un daži putniLai gan rāpuļi, abinieki un mazas sugas bieži vien paliek nepamanītas. Turklāt cilvēku klātbūtne laukos var mainīt dažu dzīvnieku uzvedību, padarot tos grūtāk sasniedzamus vai mainot to ierastos maršrutus.
Floridas Universitātes pētījumā Odu efektivitāte tika skaidri salīdzināta ar šo tradicionālāko metožu efektivitāti.Mitrā sezonā, kad odu populācijas eksplodē, no to asins miltiem iegūtā iDNS analīze sniedza salīdzināmus un pat labākus rezultātus atklāto sugu skaita ziņā.
Šo sniegumu pastiprināja fakts, ka Odi barojas diskrēti un ievērojami neiejaucas savu saimnieku uzvedībā.Tas padara tos par nepārprotami neinvazīvu uzraudzības rīku. Nav nepieciešams ķert, marķēt vai fiziski manipulēt ar mugurkaulniekiem: vienkārši notveriet kukaiņus un ļaujiet tiem veikt "netīro darbu".
Papildu rakstā, ko vadīja pētniece Samanta Vaislija, tika secināts, ka “Odu apkarošana lietus sezonā ir izdevīgāka salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm.”, pastiprinot domu, ka vismaz noteiktos kontekstos un gada laikos šī stratēģija var būt tikpat efektīva vai efektīvāka par regulārām lauka apsekojumiem.
Ne visi odi ir vienādi: vispārējas un specializētas sugas
Tas, ka visi odi barojas ar asinīm, nenozīmē, ka tie visi sniedz vienu un to pašu informāciju; pat tādas pilsētu sugas kā metro ods Tie parāda dažādas diētas. Pētījumā tika aprēķināts “saimnieka noteikšanas efektivitātes” indekss. kas mēra, cik daudz dažādu sugu katra odu suga spēj atklāt attiecībā pret analizēto asins miltu skaitu.
Reitinga augšgalā parādījās Culiseta melanura, Culex erraticus un Culex nigripalpusTie ir īsti "universālie" dzīvnieku medīšanā. Jo īpaši Culex nigripalpus bija visizplatītākā suga un tā, kas sniedza visvairāk informācijas: gandrīz puse no visiem mugurkaulnieku atklājumiem — aptuveni 63 sugas — tika iegūtas no to maltītēm.
Pretējā galējībā bija odi, piemēram, Psorophora columbiae, kuras uzturā galvenā uzmanība pievērsta baltastes briežiem (Odocoileus virginianus)Šajā gadījumā kukaiņa vērtība visas rezervāta faunas rekonstrukcijai ir daudz mazāka, lai gan tas var būt noderīgs, ja mērķis ir rūpīgi uzraudzīt konkrēto saimnieku.
Šī atšķirība starp vispārīgākiem odiem un specializētākiem odiem nozīmē, ka Ja mērķis ir iegūt pilnīgu priekšstatu par bioloģisko daudzveidību, nepietiek tikai noķert jebkuru nejaušu odu.Pētniekiem vajadzētu dot priekšroku tām sugām, kas savas uzvedības un barošanās preferenču dēļ knābāja plašu mugurkaulnieku klāstu.
Svarīga loma ir arī katra odu dzīvotnei un diennakts laikam, kad tas ir visaktīvākais, tāpēc Efektīvas paraugu ņemšanas izstrādei ir nepieciešama laba izpratne par dažādu kulicīdu sugu ekoloģiju.Ods, kas bieži uzturas mitrājos, nav tas pats, kas tāds, kas dod priekšroku mežainām vietām vai atklātām lopkopības teritorijām.
Retu, invazīvu un apdraudētu sugu noteikšana
Viena no šīs pieejas daudzsološākajām priekšrocībām ir tās spēja atklāt retas vai grūti novērojamas sugaskas bieži vien paliek nepamanīti lielākajā daļā tautas skaitīšanu. Piemēram, Delukas analīzēs ļoti nelielos daudzumos tika atrastas svītrainās pūces (Strix varia), savvaļas tītara (Meleagris gallopavo) un klaburčūskas (Crotalus adamanteus) ģenētiskās pēdas, taču pietiekami, lai apstiprinātu to klātbūtni šajā apgabalā.
Līdzīgi, Parādījās invazīvas sugas, piemēram, brūnā anola (Anolis sagrei) vai Kubas varde (Osteopilus septentrionalis)Tas paver iespējas izmantot odus kā agrīnās brīdināšanas sistēmu pret potenciāli problemātiskas eksotiskas faunas izplatīšanos vietējām ekosistēmām.
Tomēr pētījums arī skaidri parādīja, ka Ne visi dzīvnieki ir vienlīdz redzami šai metodei.Ikoniskā Floridas pantera, kritiski apdraudēts lielais kaķis, nebija redzama nevienā no paraugiem. Visticamākais skaidrojums ir divējāds: tā ir ārkārtīgi reta, un ar to varētu baroties ļoti maz odu.
Vēl viena ievērojamu prombūtnē esošo personu grupa bija mugurkaulnieki, kuru dzīvība pārsvarā ir pazemē, piemēram, austrumu kurmis...vai arī tās, kas gandrīz visu savu laiku pavada ūdenī, piemēram, noteiktas ūdensčūskas. Tās vienkārši nepavada pietiekami daudz laika, kas pakļautas kodumiem, lai to DNS pastāvīgi parādītos odu kuņģos.
Galu galā, No odiem iegūta iDNS piedāvā ļoti bagātīgu, bet neizbēgami daļēju ainuŠie dati ir jāinterpretē saistībā ar visu pārējo pieejamo informāciju par katru ekosistēmu. Tā nav brīnumlīdzeklis, kas atrisina visu, taču tas ir spēcīgs papildinājums biologu un vides pārvaldnieku instrumentu komplektam.
Katrs ods ir kā niecīga DNS bibliotēka
Ja mēs par to padomājam mierīgi, Katra odu mātīte darbojas kā pārnēsājams ģenētiskais arhīvs. Tas dažas stundas uzglabā nenovērtējamu informāciju par dzīvniekiem savā vidē. Tas ir tā, it kā vēderā nēsātu mini bioloģiskās daudzveidības laboratoriju, kurā reģistrētas tā pēdējās ēdienreizes.
Laiks, lai izmantotu šo informāciju, ir aptuveni 48 stundas, jo Gremošanas procesi sadala un degradē DNS šķiedrasTomēr šis īsais laika posms ir priekšrocība no uzraudzības viedokļa, jo tas ļauj ģenētisko noteikšanu ar ievērojamu precizitāti saistīt ar konkrētu vietu un laiku.
Turklāt fakts, ka paraugi ir individuāli, paver ļoti interesantas iespējas: Tā vietā, lai vienkārši norādītu, vai suga ir sastopama vai nē, detalizēta šo asiņu analīze varētu atklāt dzīvnieku veselības stāvokli, patogēnu vai parazītu klātbūtni un pat norādes par populāciju ģenētisko mainīgumu.Citi iepriekšējie pētījumi jau ir izpētījuši šīs līnijas, piemēram, lai atklātu vīrusus vai slimības savvaļas dzīvniekiem.
Protams, ne viss, kas mirdz, ir zelts. Darbam ar odu iDNS ir nepieciešami īpaši uztveršanas protokoli. (putekļsūcēji, gaismas slazdi, atpūtas vietas, kur odi apmetas pēc ēšanas), kā arī spēja identificēt dažādas kukaiņu sugas un laboratorijas ar sekvencēšanas aprīkojumu.
Pat ja izmaksas un pūles tiek salīdzinātas ar to, kas nepieciešams, lai nedēļām ilgi uzturētu lielas lauka komandas, Kopējais novērtējums stingri atbalsta šāda veida analīzes iekļaušanu kā mazietekmējošu papildinājumu.īpaši lielās rezervātos vai valstīs, kur dabas aizsardzības projektu resursi ir ierobežoti.
Šīs metodes priekšrocības, ierobežojumi un nākotnes izaicinājumi
Starp galvenajām priekšrocībām, ko sniedz odu izmantošana kā ekoloģiskie sensori, vispirms izceļas šādi: tā neinvazīvā daba un plašais saimnieku loksVienā paraugu partijā var būt viss, sākot no mazākajām vardēm līdz lieliem zālēdājiem, plēsīgajiem putniem, noslēpumainiem rāpuļiem vai vidēja lieluma zīdītājiem.
Tehnika ietver arī potenciāls salīdzinoši zemām izmaksāmKad slazdi un uztveršanas materiāli ir pieejami, par vājo vietu galvenokārt kļūst paraugu apstrāde un sekvencēšana, kas kļūst arvien pieejamāka, pateicoties ģenētiskās analīzes cenu samazinājumam un laboratoriju pieaugošajai automatizācijai.
Ņemot vērā iepriekšminēto, rodas vairāki skaidri ierobežojumi. Pirmais ir tas, ka Metode ir ļoti atkarīga no odu daudzuma.Tāpēc tas īpaši labi darbojas mitrajā sezonā un var zaudēt efektivitāti sausajā sezonā vai apgabalos, kur odi ir reti.
Otrais būtiskais ierobežojums ir jau minētais nevienmērīgs faunas grupu pārklājumsPazemes, stingri ūdens vai ārkārtīgi retas sugas odu kuņģos atstāj maz pēdu. Šādos gadījumos joprojām būs nepieciešamas tradicionālās metodes, piemēram, īpaši slazdi, mērķtiecīga izsekošana vai radio marķēšana.
Visbeidzot, Datu interpretācija prasa zināmu piesardzību.DNS noteikšana konkrētai sugai ne vienmēr nozīmē lielu populāciju; tie varētu būt tikai daži īpatņi vai pat migrējošs dzīvnieks. Un otrādi, noteikšanas neesamība automātiski nenozīmē faktisku sugas neesamību, īpaši, ja tā ir reta vai grūti pieejama kodumiem.
Pētnieki uzstāj, ka Galvenais ir aplūkot odu iDNS kā papildinošu rīkuTas papildina vizuālās inventarizācijas, kameru slazdus, vides DNS analīzi ūdenī vai augsnē un citas stratēģijas, ko arvien vairāk izmanto dabas aizsardzības jomā.
Perspektīvas maiņa: no kaitinoša kaitēkļa līdz dabas aizsardzības sabiedrotajam
Gadiem ilgi mēs esam redzējuši odus tikai kā slimību pārnēsātājus un kaitinošus vasaras pavadoņus, bet Floridas Universitātes komandas darbs liek mums precizēt šo ļoti negatīvo viedokli.Atzīstot to lomu kā patogēnu pārnēsātājiem, mēs varam arī izmantot to barošanās paradumus, lai apkopotu svarīgu informāciju par faunu, ko tie mums sniedz.
Kā norādīja Rīvss, "Odi ekosistēmās nešķiet īpaši svarīgi, taču patiesībā tiem ir svarīga loma."Un viens no tiem varētu būt palīdzēt mums labāk uzraudzīt mugurkaulnieku populāciju veselību dabas rezervātos un parkos.
Šīs metodes integrēšana uzraudzības programmās ļautu lai agrāk atklātu invazīvo sugu klātbūtni, apstiprinātu apdraudēto dzīvnieku noturību un novērtētu mugurkaulnieku kopienas izmaiņas laika gaitāTas viss ar minimālu ietekmi uz pašiem uzraudzītajiem dzīvniekiem.
Nākamie soļi ietver pārbaudīt metodi cita veida ekosistēmās un klimatiskajos apstākļosTropu lietus meži, savannas, augstkalnu mitrāji, pilsētu un piepilsētu teritorijas utt. Svarīgi būs arī izstrādāt standartizētus protokolus, lai dažādās vietās iegūtie dati būtu patiesi salīdzināmi un tos varētu integrēt lielās globālās bioloģiskās daudzveidības datubāzēs.
Pateicoties dzintarā iesprostotajam odam, mēs, iespējams, nekad vairs neredzēsim staigājošus dinozaurus, bet Šie sīkie, ikdienas vampīri jau sniedz mums reāllaika ģenētisko ierakstu par apkārtējo dabisko pasauli.Pārvēršot tos par dabas aizsardzības sabiedrotajiem, nevis tikai par ienaidniekiem, mēs varam spert svarīgu soli uz priekšu, kā mēs rūpējamies par bioloģisko daudzveidību un izprotam to 21. gadsimtā.
