Οι επιστήμονες αποκτούν σκαθάρια κοπριάς για να συλλέξουν δείγματα DNA για μελέτες βιοποικιλότητας

Καταφύγιο Βιόσφαιρας Manu στο Περού Το μεγαλύτερο απόθεμα τροπικών δασών στον κόσμο Και μια από τις τοποθεσίες με τη μεγαλύτερη βιοποικιλότητα στον πλανήτη. Το Manu είναι μια περιοχή που προστατεύεται από την UNESCO στο μέγεθος του Κονέκτικατ και του Ντέλαγουερ μαζί, καλύπτοντας μια περιοχή όπου η λεκάνη του Αμαζονίου συναντά την οροσειρά των Άνδεων. Αυτός ο συνδυασμός σχηματίζει μια σειρά από μοναδικά οικοσυστήματα, όπου ανακαλύπτονται είδη άγνωστα στην επιστήμη κάθε χρόνο. Η απομακρυσμένη περιοχή έχει βοηθήσει στη διατήρηση της βιοποικιλότητάς της, αλλά αυξάνει τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες που θέλουν να τη μελετήσουν.

Η παγίδευση της άγριας ζωής για ερευνητικούς σκοπούς στο πυκνό δάσος δεν είναι πρακτική, ειδικά δεδομένων των μεγάλων αποστάσεων που έχουν να διανύσουν οι ερευνητές εντός του Manu, είτε μέσω του δάσους είτε σε πλωτές οδούς. Είναι μια δαπανηρή πρόταση που αναπόφευκτα εκθέτει τα παγιδευμένα ζώα σε κάποιο βαθμό κινδύνου. Η παγίδευση σπάνιων και απειλούμενων ζώων είναι πιο δύσκολη και συνοδεύεται από αυτό Σημαντικοί κίνδυνοι για το ζώο.

Ωστόσο, η παγίδευση σκαθαριών δεν θέτει τις ίδιες προκλήσεις. Είναι εύκολο να κρατηθούν, να μεταφερθούν εύκολα και το πιο σημαντικό, φέρουν το DNA πολλών ζώων μέσα και πάνω τους. Οποιοδήποτε ζώο θα μπορούσε να ελπίζει να μελετήσει ένας βιολόγος, αφήνει ίχνη φύλλων και περιττώματα στο δάσος, και τα σκαθάρια βγάζουν τα προς το ζην καθαρίζοντας αυτά τα πράγματα.

Τα σκαθάρια ως συλλέκτες DNA

Τα σκαθάρια είναι άφθονα στα τροπικά δάση και τα είδη που μελετήθηκαν από την ομάδα του Alejandro Lobera Toro δεν απειλούνται με εξαφάνιση. Η μελέτη σημαίνει ότι τα σκαθάρια έχουν σκοτωθεί, αλλά οι επιπτώσεις στο οικοσύστημα είναι γενικά ελάχιστες.

Σύμφωνα με την Περουβιανή βιολόγο και μέλος της ομάδας Patricia Reyes, «Ο αντίκτυπος εξαρτάται από την αφθονία και τον αναπαραγωγικό κύκλο κάθε είδους. Η μείωση των πληθυσμών των σκαθαριών μπορεί να έχει αντίκτυπο στα αρπακτικά, όπως τα πουλιά, τα ερπετά και άλλα έντομα. Η υγεία του δάσους εξαρτάται από τη λειτουργία των σκαθαριών στη διάσπαση της οργανικής ύλης και τη διασπορά των σπόρων. Παρόλο που δεν έχει διαπιστωθεί καμία επίπτωση στο οικοσύστημα μέχρι στιγμής, εξακολουθούμε να περιορίζουμε τον αριθμό των μεμονωμένων σκαθαριών που συλλέγουμε και ορίζουμε ευαίσθητες περιοχές όπου η συλλογή απαγορεύεται. Ενθαρρύνουμε βιώσιμες μεθόδους συλλογής για τον μετριασμό των πιθανών μελλοντικών επιπτώσεων.

Για να συλλέξουν τα σκαθάρια DNA για τους ερευνητές χρειάστηκαν κάποιες αλλαγές. Οι παγίδες που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μελέτη των σκαθαριών ρίχνουν τα σκαθάρια σε ένα χημικό διάλυμα, σκοτώνοντάς τα και διατηρώντας τα μέχρι να συλλεχθούν. Ωστόσο, αυτές οι παγίδες μολύνουν το περιεχόμενο του στομάχου του σκαθαριού, καθιστώντας το DNA άχρηστο. Οι παγίδες Lobera toro τους κρατούν ζωντανούς, προστατεύοντας τους μικροσκοπικούς κλώνους DNA που τα σκαθάρια έχουν εργαστεί τόσο σκληρά για να συλλέξουν. Αυτός και η ομάδα του βγαίνουν επίσης στο δάσος για να συλλέξουν ζωντανά σκαθάρια με το χέρι, καταγράφοντας προσεκτικά την ώρα και τον τόπο όπου μαζεύτηκε ο καθένας. Ξεκινώντας τον Ιούλιο του 2022, η ομάδα συνέλεξε σκαθάρια κοπριάς στα διάφορα οικοσυστήματα του Manu πάνω και κάτω από την υψομετρική κλίση, από 500 έως 3.500 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Η ομάδα του Βιολογικού Σταθμού Manu χρησιμοποιεί την τεχνολογία Nanopore για την αλληλουχία του DNA που βρίσκεται στο στομάχι των σκαθαριών, με στόχο να ανακαλύψει ποια ζώα υπάρχουν εκεί. Στόχευσαν συγκεκριμένα τα σκαθάρια της κοπριάς επειδή οι διατροφικές τους συνήθειες εξαρτώνται από τα περιττώματα που αφήνουν μεγαλύτερα ζώα. Το κύριο πλεονέκτημα της συσκευής MinION Nanopore είναι ότι μπορεί να διαχωρίσει μεγάλα μήκη DNA in situ. «Οι μακριές αναγνώσεις αλληλουχίας νανοπόρων παρέχουν βελτιωμένη αναγνώριση ειδών, ενώ η ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο παρέχει άμεση πρόσβαση στα αποτελέσματα, τόσο στο πεδίο όσο και στο εργαστήριο», ανέφεραν οι ερευνητές. Ιστοσελίδα Nanopore.

Η βιολόγος Juliana Morales παραδέχεται ότι το Nanopore εξακολουθεί να έχει υψηλό ποσοστό σφάλματος, αν και με τη βελτίωση αυτής της νέας τεχνολογίας, αυτό το πρόβλημα μειώνεται συνεχώς. Για τους σκοπούς της ομάδας Manu Biological Station, το περιθώριο σφάλματος είναι η τιμή που είναι διατεθειμένοι να πληρώσουν για συσκευές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν στο τροπικό δάσος. Δεδομένου ότι δεν μελετούν ένα συγκεκριμένο είδος, αλλά χτίζουν μια βάση δεδομένων των ειδών που βρίσκονται στην περιοχή, δεν χρειάζεται να λάβουν σωστά όλα τα νουκλεοτίδια για να μπορέσουν να αναγνωρίσουν το είδος. Ωστόσο, χρειάζονται ένα νήμα αρκετά μακρύ για να γίνει διάκριση μεταξύ της κοινής μάλλινης μαϊμούς και της κιτρινοουράς μάλλινης μαϊμούς.

Αν και οι ερευνητές προτιμούν την αλληλουχία του DNA επί τόπου χρησιμοποιώντας συσκευές Nanopore minION, όταν έχουν περισσότερα από δώδεκα δείγματα για ανάλυση, τα στέλνουν στο Πανεπιστήμιο του Guelph στο Οντάριο του Καναδά. Η αποστολή δειγμάτων της περουβιανής ζούγκλας στον Καναδά είναι ένας εφιάλτης επιμελητείας, αλλά ο Lobera Toro λέει ότι αξίζει τον κόπο. “Το Πανεπιστήμιο του Guelph μπορεί να επεξεργάζεται εκατοντάδες δείγματα DNA την ημέρα. Είμαι τυχερός εάν μπορούμε να επεξεργαστούμε 10 δείγματα την ημέρα στο [Manu] εργαστήριο.”

Στην τελική παρτίδα των 76 δειγμάτων, ανέλυσαν το περιεχόμενο του στομάχου 27 ειδών από 11 γένη σκαθαριών. Από αυτά τα 76 δείγματα, αναγνώρισαν DNA από πιθήκους που ουρλιάζουν, αράχνες πιθήκους, κόκκινα ελάφια, νυχτοπίθηκους, πεκάριους, οπόσουμ ποντικών, ορτύκια με κόκκινο στήθος και δύο είδη αρμαντίλο. Περιέργως, τα σκαθάρια έφαγαν επίσης περίπου δώδεκα είδη φρούτων, ένα από τα οποία κατανάλωνε γύρη από ένα τροπικό φυτό που ονομάζεται Syngonium.

Οι επιπτώσεις μπορεί να είναι ευρείας κλίμακας. «Ο σκαθάρι της κοπριάς που έφαγε τα κόπρανα της τίγρης δεν θα μας πει μόνο το DNA της τίγρης, αλλά θα μας πει και τι τρώει», είπε ο Lobera Toro. “Εάν ένας τζάγκουαρ σκοτώσει ένα τζάγκουαρ και φάει το 80 τοις εκατό των πεκαριών, τα σκαθάρια θα φάνε λίγο από το υπόλοιπο 20 τοις εκατό. Εάν ένα σκαθάρι περπατήσει πάνω από το αποτύπωμα ή το σάλιο ενός τζάγκουαρ, μπορεί να υπάρχουν ίχνη DNA ιαγουάρου στο σκαθάρι. Αναλύουμε το περιεχόμενο του στομάχου και το εξωτερικό του σκαθαριού.” Έχουμε άπειρες επιλογές, ευκαιρίες και ερωτήσεις που μπορούμε να απαντήσουμε μελετώντας αυτά τα μικροσκοπικά έντομα. Μπορούμε να δούμε τη μεγαλύτερη εικόνα του τι συμβαίνει στο δάσος.