Ιπτάμενο… DNA αποκαλύπτει τη βιοποικιλότητα

Το γεγονός ότι η βιοποικιλότητα επηρεάζεται από την κλιματική κρίση είναι πλέον επιστημονικά τεκμηριωμένο. Εκατοντάδες έρευνες καταδεικνύουν ότι η ανθρωπογενής δραστηριότητα έχει αρνητικές συνέπειες στην επιβίωση και στην εξάπλωση διαφορετικών ειδών ζώων και φυτών. Αν και η καταγραφή των ειδών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την προστασία της βιοποικιλότητας, σε πολλές περιπτώσεις είναι εξαιρετικά ελλιπής. Μία καινούργια μέθοδος όμως θα μπορούσε ενδεχομένως να συμβάλει σημαντικά στην πιο αποτελεσματική καταγραφή του πλούτου των ειδών. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Λουντ στη Σουηδία ανακάλυψαν ότι το γενετικό υλικό των εντόμων και άλλων ζώων μπορεί να ανιχνευθεί στον αέρα του περιβάλλοντος. Χρησιμοποιώντας μία πρωτότυπη μέθοδο, ανέλυσαν αυτό το γενετικό υλικό και εντόπισαν τα είδη από τα οποία προέρχεται. Η μέθοδος αυτή, οι λεπτομέρειες της οποίας δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Environmental DNA», θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να δημιουργήσουν αναλυτικούς χάρτες οι οποίοι θα αποτυπώνουν την αφθονία των ειδών για πολλές περιοχές και να καταγράψουν με ποιον τρόπο αυτή μεταβάλλεται στον χρόνο.

Οι δυσκολίες

Η καταγραφή των διαφορετικών ειδών των εντόμων δεν είναι εύκολη υπόθεση. Πρόκειται για μία διαδικασία η οποία απαιτεί εξαιρετική εξειδίκευση, ενώ μία σειρά παραγόντων όπως το μικρό μέγεθος των εντόμων ή το γεγονός ότι αποτελούν εύθραυστες μορφές ζωής δυσχεραίνουν εξαιρετικά τις σχετικές προσπάθειες. «Τα έντομα αποτελούν μία εξαιρετικά ετερογενή ομάδα, η οποία περιλαμβάνει περισσότερα από πέντε εκατομμύρια είδη, από τα οποία έχει περιγραφεί μόλις το ένα εκατομμύριο. Λόγω της ετερογένειας αυτής, του μικρού τους μεγέθους και της εξαιρετικής επιστημονικής εξειδίκευσης η οποία απαιτείται για την αναγνώριση των ειδών, διαθέτουμε πολύ λίγα δεδομένα για τα έντομα» αναφέρει στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Φάμπιαν Ρότζερ, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης, συμπληρώνοντας: «Οι παράγοντες αυτοί καθιστούν πολύ δύσκολο – ή ακόμη και αδύνατο – να γνωρίζουμε με βεβαιότητα τον αριθμό των εντόμων. Επίσης, οδηγούν  σε αντικρουόμενα ευρήματα, τα οποία προκύπτουν από έρευνες οι οποίες πραγματοποιούνται σε διαφορετικές περιοχές, αφορούν διαφορετικές ομάδες εντόμων και βασίζονται σε διαφορετικά δεδομένα».

DNA στον αέρα

Για να καταστήσουν πιο αποτελεσματική την καταγραφή των ειδών, οι επιστήμονες επιστρατεύουν τα τελευταία χρόνια μία πρωτότυπη μέθοδο, η οποία βασίζεται στο λεγόμενο περιβαλλοντικό DNA (environmetal DNA, eDNA). Οπως υποδηλώνει το όνομά του, το περιβαλλοντικό DNA συλλέγεται από το χώμα, το νερό ή τον αέρα. Το γενετικό αυτό υλικό προέρχεται από διάφορα είδη ζώων, τα οποία αφήνουν τα ίχνη τους στο περιβάλλον. «Τα ζώα αφήνουν DNA στο περιβάλλον συνεχώς, είτε με ενεργό τρόπο μέσω της απέκκρισης είτε παθητικά μέσω της απόθεσης κυττάρων ή τμημάτων ιστών. Εδώ και μία δεκαετία γνωρίζουμε ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το DNA για να εντοπίσουμε με έμμεσο τρόπο είδη ζώων σε υδάτινα οικοσυστήματα. Γνωρίζουμε επίσης ότι ο αέρας περιέχει μικροσκοπικούς οργανισμούς (βακτήρια, μύκητες και φύκη), γύρη από τα φυτά και σπόρια από τους μύκητες» σημειώνει ο ερευνητής. Στην πρόσφατη έρευνά τους, οι επιστήμονες βρήκαν ότι ο αέρας περιέχει επίσης γενετικό υλικό το οποίο προέρχεται από έντομα ή ακόμη και σπονδυλωτά. «Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον επειδή σημαίνει ότι ενδέχεται να έχουμε τη δυνατότητα να φιλτράρουμε το περιβαλλοντικό DNA από τον αέρα με σκοπό να μελετήσουμε τις κοινότητες των ζωικών ειδών στο περιβάλλον μας. Προκύπτει έτσι ένας τελείως καινούργιος τρόπος να καταγράψουμε τη ζωή του εδάφους» εξηγεί ο επιστήμονας.

Γενετικό barcode

Με ποιον τρόπο όμως οι επιστήμονες αναγνωρίζουν σε ποιο ακριβώς είδος ανήκει το βιολογικό υλικό το οποίο αιωρείται στον αέρα; Για τον σκοπό αυτόν χρησιμοποιούν μία μέθοδο η οποία ονομάζεται μετακωδικοποίηση (metabarcoding) και η οποία επιτρέπει την ανίχνευση αλληλουχιών γονιδίων οι οποίες είναι χαρακτηριστικές για κάθε είδος. «Το «barcoding» είναι μία μέθοδος η οποία χρησιμοποιείται για να αναγνωριστούν τα είδη από το DNA τους. Αφού εξάγουμε το DNA από το δείγμα, επιχειρούμε να βρούμε χαρακτηριστικές αλληλουχίες γονιδίων οι οποίες αντιστοιχούν σε ήδη γνωστά είδη. Το «metabarcoding» μάς επιτρέπει να πραγματοποιήσουμε τη διαδικασία αυτή για πολλά είδη ταυτόχρονα. Ετσι, εάν ένα δείγμα αέρα περιέχει το DNA εντόμων ή άλλων ειδών, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη μέθοδο ώστε να προσδιορίσουμε σε ποια είδη ανήκει το DNA το οποίο συλλέξαμε» εξηγεί ο ερευνητής. Εφαρμόζοντας αυτόν τον συνδυασμό μεθόδων, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αναγνωρίσουν έναν μεγάλο αριθμό εντόμων από δείγματα αέρα τα οποία συνέλεξαν από τρεις διαφορετικές περιοχές της Σουηδίας. Επιπλέον, αναγνώρισαν κάποια είδη βατράχων, πουλιών και θηλαστικών τα οποία ζουν στις εν λόγω περιοχές. Παρόλο που ο συγκεκριμένος τρόπος ανίχνευσης της βιοποικιλότητας έχει ακόμη πολλούς περιορισμούς, οι ερευνητές ευελπιστούν ότι θα αποτελέσει ένα πολύτιμο εργαλείο το οποίο όχι μόνο θα επιτρέψει να συμπληρωθεί το «παζλ» της ποικιλίας των ειδών σε διάφορες περιοχές αλλά θα αποκαλύψει επίσης περισσότερες πτυχές των επιδράσεων της ανθρωπογενούς δραστηριότητας στη βιοποικιλότητα.

Σημάδια στο περιβάλλον

Ανιχνεύοντας περιβαλλοντικό DNA (eDNA), οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τα ίχνη που αφήνουν οι πολικές αρκούδες στο χιόνι, το σάλιο που αφήνουν στο περιβάλλον τα ελάφια ή τα ζαρκάδια, αλλά και το βιολογικό υλικό θαλάσσιων οργανισμών το οποίο παγιδεύεται στους σπόγγους.

Εφαρμογές στις καλλιέργειες

Τα οφέλη της πλήρους καταγραφής των ειδών των εντόμων τα οποία υπάρχουν στις επιμέρους περιοχές ξεπερνούν το καθαρά ερευνητικό ενδιαφέρον. Οπως σημειώνουν οι επιστήμονες στην πρόσφατη δημοσίευση, σε πολλές περιπτώσεις τα έντομα μπορούν να προκαλέσουν εκτεταμένες καταστροφές στις αγροτικές καλλιέργειες. Η πλήρης καταγραφή τους θα μπορούσε να συμβάλει στην παρακολούθηση του πληθυσμού σε βάθος χρόνου και στην αποτελεσματικότερη προστασία των καλλιεργειών. Για να μπορούν να υπάρξουν τέτοιου είδους εφαρμογές ωστόσο, θα πρέπει να βελτιωθεί η ακρίβεια της μεθόδου η οποία επιτρέπει την καταγραφή των ειδών από δείγματα αέρα. «Θα χρειαστεί να κατανοήσουμε τον ακριβή τρόπο με τον οποίο προκύπτει το περιβαλλοντικό DNA που ανιχνεύεται στον αέρα, πώς αυτό μεταφέρεται και σε ποιον βαθμό φθείρεται» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Φάμπιαν Ρότζερ. Σε αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές σκοπεύουν να διερευνήσουν, μεταξύ άλλων, τον τρόπο με τον οποίο οι μετεωρολογικές συνθήκες επηρεάζουν το DNA που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. «Ερευνητές των επιστημών της ατμόσφαιρας έχουν μελετήσει την ατμοσφαιρική κυκλοφορία επί δεκαετίες. Ετσι, έχουμε την ευκαιρία να πραγματοποιήσουμε τέτοιου είδους διεπιστημονικές προσεγγίσεις» αναφέρει ο επιστήμονας.