Czujniki smogu wykryją DNA. Będą wykorzystane do badania bioróżnorodności

Skąd naukowcy wiedzą, jakie gatunki zwierząt i roślin występują na danym obszarze? Najczęściej z mozolnych, wieloletnich obserwacji. To jednak nie jest metoda stuprocentowo pewna. Nie wszystkie gatunki dają się łatwo wypatrzeć. Te wyjątkowo skryte mogą ukrywać się przed wzrokiem naukowców latami. Tymczasem precyzyjna wiedza o bioróżnorodności każdego obszaru jest kluczowa, by dobrze zaplanować jej ochronę.

Nowe badanie wskazuje jednak, że niedługo naukowcy będą mogli “wywęszyć" znajdujące się w danej okolicy gatunki nawet, jeśli te uparcie nie dają się zaobserwować. Tanie i proste czujniki mogą tworzyć “raporty o DNA" tak łatwo, jak dziś monitorujemy pogodę. 

Sztuka polega na tym, że wszystkie żywe istoty pozostawiają po sobie mnóstwo własnego DNA. Tak zwane DNA środowiskowe (eDNA) to fragmenty kodu genetycznego “gubione" przez żywe istoty na różne sposoby. Większe zwierzęta złuszczają skórę, gubią łuski czy pióra. Ale ślady DNA zawierają nawet pajęczyny. Drobiny eDNA mogą unosić się w wodzie, a nawet w powietrzu. 

James Allerton, fizyk z Narodowego Laboratorium Fizycznego (NPL) w Anglii, postanowił sprawdzić, czy sieć monitorującą środowiskowe DNA w skali miasta, regionu, kraju czy kontynentu można stworzyć przy pomocy narzędzi, które już dziś stosujemy w innych celach. Allerton jest jednym z koordynatorów brytyjskiej sieci pomiarów jakości powietrza. Postanowił więc sprawdzić, czy filtry monitorujące smog przypadkiem, oprócz drobin smogu, nie wychwytują także unoszącego się w powietrzu genetycznego “szumu". 

Zespół spróbował więc wyodrębnić i zsekwencjonować DNA które mogło przypadkiem zostać schwytane przez filtry czujnika na przedmieściach Londynu, a także na pochodzących sprzed 8 miesięcy filtrów ze stacji monitorującej w Szkocji.

"Nie spodziewaliśmy się, że to zadziała" mówi współautorka badania Elizabeth Clare z York University w Toronto. A jednak eDNA ujawniło w obu miejscach obecność 180 roślin, grzybów, owadów, ssaków i płazów, w tym 34 gatunków ptaków Próbki zawierały DNA zagrożonych gatunków, takich jak jeże i ptaki śpiewające; roślin, w tym jesionów, lip i dębów, a także eDNA pochodzące z pobliskich upraw pszenicy czy kapusty. "Fakt, że filtry pierwotnie zebrane do innych celów można ponownie wykorzystać do kluczowych badań eDNA, jest zdumiewający", mówi Naiara Rodríguez-Ezpeleta, genetyk ewolucyjny z AZTI w Hiszpanii.

Dane pokazały, że dłuższy czas pobierania pozwolił uchwycić większą liczbę gatunków kręgowców, prawdopodobnie dzięki temu, że więcej zwierząt odwiedzało badany obszar. 

Jeśli chodzi o liczbę i rodzaje zidentyfikowanych gatunków, "w obu lokalizacjach różnice były niewielkie" mówi Clare, mimo że szkockie próbki były przechowywane przez 8 miesięcy. Naukowcy sądzili, że po takim czasie DNA ulegnie degradacji. “Fakt, że stało się inaczej stwarza intrygujące możliwości analiz" mówi Rodriguez-Ezpeleta. Pod warunkiem, że stare filtry będą suche, co pomoże zachować integralność DNA, możliwe będzie cofnięcie się w czasie i śledzenie zmian w różnorodności biologicznej poprzez przeglądanie zarchiwizowanych filtrów.

Dokładnie to zrobił Per Stenberg, genetyk z Uniwersytetu w Umeå, w pracy, która jeszcze nie została opublikowana. Jego zespół uzyskał DNA ze zarchiwizowanych filtrów powietrza sprzed 30 lat, usuwanych co tydzień z czujników zainstalowanych w celu wykrywania opadu radioaktywnego z wybuchów jądrowych w całej Szwecji. Te próbniki zbierały ogromne ilości powietrza i dlatego są bardzo wrażliwe na niskie stężenia zanieczyszczeń - wyjaśnia. On i jego koledzy odkryli, że DNA udokumentowało zmiany we względnej obfitości wszystkich typów organizmów - trendy, które "dobrze korelują z bardziej tradycyjnymi danymi z monitoringu", mówi.

"Najważniejszym odkryciem jest wykazanie, że czujniki używane w krajowych sieciach do monitorowania jakości otaczającego powietrza mogą również zbierać eDNA" powiedział Allerton. "Takie sieci - przez wszystkie lata swojej działalności na całym świecie - musiały nieumyślnie pobierać eDNA z powietrza, którym oddychamy".

"Potencjału tego odkrycia nie można przecenić" podkreśla Joanne Littlefair z Queen Mary University of London. "Może to być absolutny przełom w śledzeniu i monitorowaniu różnorodności biologicznej. Prawie każdy kraj ma jakiś system lub sieć monitorowania zanieczyszczenia powietrza. Mogłoby to rozwiązać globalny problem mierzenia różnorodności biologicznej na masową skalę".

Zespół pracuje teraz nad zachowaniem jak największej liczby próbek z myślą o badaniu eDNA. Pełne wykorzystanie zawartych w nich informacji o różnorodności biologicznej będzie wymagało globalnego wysiłku.