قد يكشف الحمض النووي المحمول جواً من النباتات عن الأنواع الغازية وتأثير تغير المناخ |  علم

يمكن أن يستغرق جرد النباتات في منطقة من الغابات أو الحقول أو البحث عن الأنواع الغازية أيامًا من العمل الشاق والساخن من خلال الفرشاة الشائكة والعشب المليء بالقراد. الآن ، أظهر الباحثون أن مجرد التقاط وتحليل إطلاق نباتات الحمض النووي في الهواء يمكن أن يعمل بالإضافة إلى وضع الأحذية على الأرض – وفي بعض الحالات يكون أفضل.

تقول كريستين بومان ، عالمة البيئة الجزيئية في جامعة كوبنهاغن ، والتي لم تشارك في هذا العمل: “يمكن أن يغير الحمض النووي المحمول جواً قواعد اللعبة في قدرتنا على مراقبة ودراسة التنوع البيولوجي”. يقول الباحثون إن هذا النهج يمكن أن يساعد في تتبع كيف يغير تغير المناخ تكوين المجتمعات النباتية ، ويوفر إنذارًا مبكرًا للأنواع الغازية.

ذكرت الشهر الماضي في علم البيئة BMC والتطور، يأخذ العمل دراسة الحمض النووي البيئي (eDNA) – المواد الجينية المتساقطة ، أو التبرز ، أو السعال ، أو إطلاقها في البيئة – إلى عالم جديد. تعد eDNA المائية الآن أداة مثبتة لتحديد الأسماك وغيرها من الكائنات البحرية وكائنات المياه العذبة ، دون الحاجة إلى صيدها. في التربة ، يمكن أن تكشف eDNA عن وجود البشر والحيوانات ، حاليًا أو قديمًا. تقول إليزابيث كلير ، عالمة البيئة الجزيئية في جامعة يورك ، التي تتبعت أنواعًا من الحيوانات باستخدام الحمض النووي الريبي eDNA ، “لقد حان الوقت للنظر إلى مصدر آخر”.

تطلق النباتات بالفعل كواشف محمولة جواً مألوفة لأي شخص يعاني من الحساسية: حبوب اللقاح المحمولة بالرياح. تجعل الأشكال المميزة للحبوب من الممكن التعرف على الأنواع غير المرئية ببساطة عن طريق التقاط حبوب اللقاح الخاصة بهم. لكن استطلاعات حبوب اللقاح لها حدودها. إنهم يكتشفون فقط حبوب اللقاح التي تنتشر عن طريق الرياح (تعتمد الأنواع الأخرى على الحشرات الملقحة والحيوانات الأخرى) ، وتتطلب خبراء مدربين جيدًا ، ولا تنتج دائمًا تعريفات خاصة بالأنواع. أراد مارك جونسون ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة تكساس التقنية ، معرفة ما إذا كانت دراسة جزيء eDNA في الهواء مثل حبوب اللقاح أو في أجزاء صغيرة من الأوراق أو الزهور ستعمل بشكل أفضل.

طور هو وزملاؤه طرقًا أفضل لجمع الحمض النووي الريبي للنبات في مصائد الغبار ، وفي عام 2019 أظهروا أن المرشحات تلتقط آثارًا تحمل الحمض النووي من جميع أنواع النباتات. يقول جونسون: “يمكن أن نجد أنواعًا لا تزهر أو تلقيح أو عندما لا تكون نشطة كما هو الحال في الشتاء”.

الآن ، أظهر كيف يمكن لـ eDNA جرد مجتمع نباتي بأكمله. نصب هو وزملاؤه مصائد غبار في تسعة أماكن عبر مرج عشبي قصير مدروس جيدًا تملكه جامعته. قاموا بجمع الغبار كل أسبوعين لمدة عام واحد ، واستخرجوا الحمض النووي ، وقاموا بتسلسل الجين الذي يختلف باختلاف الأنواع النباتية ، ليكون بمثابة “رمز شريطي للحمض النووي” للتعرف عليها. في الربيع ومرة ​​أخرى في الخريف ، قام فريقه أيضًا بسحب أحذيتهم ومسح النباتات على طول 27 مقطعًا عرضيًا بطول 100 متر. قارنوا نتائج نوعي الاستطلاعات.

أفاد الفريق أن المسوحات التقليدية كشفت عن 80 نوعًا ودراسة eDNA الجوية 91. كشف كلا المسحين عن نفس 13 نوعًا من العشب ، لكن عمل eDNA وجد 13 نوعًا إضافيًا من بين النباتات المزهرة غير الخشبية ، أسفر كلا النهجين عن إجمالي 60 نوعًا ، لكن كل منهما اكتشف 20 نوعًا أو نحو ذلك أن الآخر قد فاته. كان eDNA أفضل في العثور على الأنواع التي يسهل إغفالها ذات الأزهار الصغيرة ، مثل عشبة الرجيد الضعيفة. لكن الناس كانوا أفضل في اكتشاف النباتات النادرة جدًا بحيث لا تطلق الكثير من eDNA ، خاصةً عندما كانت لديهم أزهار مبهرجة ، مثل شوكولاتة الأقحوان.

كشف الحمض النووي المحمول جواً أيضًا عن شجرة السماء ، وهي نبات غازي لم يكتشفه المسح. يقول لورين ريسبرج ، عالِم الأحياء التطورية النباتية بجامعة كولومبيا البريطانية ، فانكوفر ، إن هذا أمر مشجع. “أعتقد [airborne eDNA] ستكون مفيدة بشكل خاص في اكتشاف الأنواع الغازية قبل أن تنتشر على نطاق واسع ويصعب التخلص منها “.

سجلت هذه التقنية كيف تغيرت وفرة الأنواع المختلفة بمرور الوقت: على سبيل المثال ، الإزهار السريع ونمو خردل حشيشة الدود في أوائل الربيع ، وهو حدث غاب عن المسوحات الأرضية. “هذه [report] يقول فابيان روجر ، عالم البيئة في ETH Zürich الذي لم يشارك في هذا العمل ، قد يشجع المزيد من الباحثين على أخذ مصائد الغبار لاستكمال “أنواع أخرى من الاستطلاعات ، لا سيما في موقع الدراسة طويلة المدى.

إلى جانب الحمض النووي للنبات ، التقطت المرشحات الحمض النووي من الفطريات ، وقد اختار باحثون آخرون الحشرات ودودة الأرض والحمض النووي البزاق من الهواء. يقول روجر: “من المحتمل أن يكون الحمض النووي للهواء متنوعًا بشكل لا يصدق ويمثل التنوع الكامل للكائنات الحية”. اكتشف مسح eDNA الخاص به للحشرات في البرية جزءًا بسيطًا فقط من الأنواع المعروفة بوجودها ، لكنه يتوقع أن تتحسن الحساسية من خلال فهم أفضل لكيفية تأثير الرياح والظروف الأخرى على جمع الحمض النووي وتكنولوجيا أفضل.

تعتمد المصائد الحالية عادةً على تدفق الهواء الطبيعي لتحمل الجسيمات التي تحمل الحمض النووي الريبي ، ولكن يمكن أن تكون التركيزات منخفضة جدًا. يمكن أن تعمل المرشحات الأكثر كفاءة ، أو الفخاخ المجهزة بمراوح لامتصاص الهواء ، بشكل أفضل. تتفق كريستال جاينج ، عالمة الأحياء الجزيئية في مختبر لورانس ليفرمور الوطني ، التي تعمل على تقييم الميكروبات المحمولة جواً على ارتفاعات عالية من طائرات مجهزة خصيصًا ، قائلة: “أنت بحاجة إلى نظام جيد لاحتجاز الهواء”.

يعتقد جوزيف كرين ، الشريك في ملكية شركة Jonah Ventures ، وهي شركة تسوق استطلاعات eDNA ، أن التكنولوجيا ليست جاهزة للتوسع. يقول: “لا يمكنني رؤية التطبيق”. يقول إن القياسات الطيفية المضبوطة بدقة من الفضاء هي طريقة أفضل لمسح النباتات.

لكن آخرين يشيرون إلى المدى الذي وصلت إليه دراسات eDNA المائية في السنوات الأخيرة ويعتقدون أن eDNA الجوي يمكن أن يفعل الشيء نفسه لمراقبة الحياة الأرضية. يقول روجر: “يمكن للهواء أن يكون” الماء “فوق الأرض.”

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.