彼女は過酷な場所に隠れるとらえどころのない種の DNA を追跡します

Tracie Seimon は、自然界への情熱を早い段階で発見しました。 コロラド州で育った子供の頃、彼女は家族の裏庭で「昆虫の収穫」を楽しんだり、趣味のアリ ファームを維持したりしていました。 テレビで木が伐採されているのを見ると、彼女は取り乱した。 彼女と彼女の父親は望遠鏡を通して夜空を研究していましたが、好奇心に駆られて望遠鏡を分解し、その仕組みを理解するようになりました。 彼女はそれを元に戻すことができませんでした。 彼女の両親が後に彼女に顕微鏡を贈ったとき、彼女はそれをそのままにしておくように指示されました.

「その下のすべてを見ました」と彼女は言いました。

2007 年、セイモンがコロンビア大学のジュニア ファカルティとしてキャリア パスを選択していたとき、彼女は自分自身が XNUMX つの相反する方向に引っ張られていると感じました。 彼女は、心血管疾患に関する医学研究を継続するために、テニュア トラックの教員職の申し出を受け入れることもできたでしょう。 しかし代わりに、彼女は野生生物保護協会 (WCS) の分子実験室の開発を手伝うためにアルバイトをしました。 それは最終的に、WCS とコロンビア大学の感染と免疫センターの共同研究員としてブロンクス動物園に新しい研究室を立ち上げるのを助けるというユニークな申し出に変わりました. 「私は病原体発見の訓練を受けていた」と同時に、新しい研究所を「ゆっくりと構築しようとしていた」と彼女は言った。

今日、 清門 ブロンクス動物園にある WCS の分子診断研究所の所長です。 彼女は、特に困難な環境で、野生の種を検出および監視するための DNA ベースの技術の使用を開拓しました。 彼女の生物多様性の研究は、ペルー、ミャンマー、ベトナム、カンボジア、ロシア、ウガンダ、ルワンダに行ってきました。

セイモンはエベレストにも登頂し、最初の包括的な環境 DNA (eDNA) を行ったチームを率いました。 生物多様性調査 そこには。 その研究は2019年の一部でした ナショナル・ジオグラフィック とロレックス パーペチュアルプラネットエベレストエクスペディション、これまでにその山で実施された最も包括的な科学的遠征です。

セイモンのフィールドワークでエベレストに行く前に、彼女は何度もペルーのアンデスを旅しました。 彼女の焦点は、Cordillera Vilcanota 氷河山脈のシビナコチャ流域です。 彼女は 20 年近くにわたり、気候変動とツボカビの影響を調査するイニシアチブを率いてきました (バトラコキトリウム・デンドロバチディス or Bd) その生息地に住む両生類について。

クアンタ は、彼女の世界的な研究のトレッキングについて、ビデオ会議で Seimon と話しました。 インタビューは、明確にするために要約および編集されています。

ブロンクス動物園の研究室について教えてください。

私たちの研究室は小さいです。 私たちが実行している日常の診断のほとんどは、WCS の XNUMX つの動物園とニューヨーク水族館のコレクションにある動物の病原体のテストです。 また、保全のための分子ツールの開発を支援する研究プロジェクトもあります。これは文字通りバックパックに入れて現場に持ち込める、DNA を研究するためのツールです。 たとえば、携帯型の犬ジステンパー ウイルス検査や、絶滅危惧種の eDNA 検査を開発しました。 また、この携帯型 DNA 検査の方法に取り組んでいる多くの国でフィールド研究者を訓練しています。

どのようにしてeDNA研究に関わったのですか?

2015 年に、私たちの同僚は、絶滅危惧種である長江オオスッポン (ラフェトゥス・スウィンホイ）。 私たちはブロンクス動物園の池に行き、水を集め、そこにどんな種がいるかを調べ、eDNA 検査ができるかどうかを確認するのに多くの時間を費やしました.

私が最初に始めたとき、それはほとんどサイエンスフィクションのように見えました. "本当？ 水だけでこんなに多くの種を検出できるのですか？」

パーペチュアル プラネット遠征のためにエベレスト山での eDNA の研究にどのように関わったのですか?

ポール・マエフスキーメイン大学の著名な気候研究者であり氷河学者である が、エベレスト山への科学遠征を企画していて、彼が私を招待してくれました。 彼は私に「そこでやりたいことをいくつか考えてみませんか？」と尋ねました。 私が考えたのは、「もし私たちが最高高度での生命が何であるかを理解したいのなら、eDNA を使ってエベレスト山の生物多様性を評価できないだろうか?」ということでした。

高地での作業は非常に困難なため、その時点では誰も生物多様性についてあまり知りませんでした。 空気が薄い。 あなたはすぐに疲れてしまいます。 嵐が吹くと、完全なホワイトアウト状態のため、GPS を使用してテントに戻る必要がある場合があります。

私は、eDNA がもっと簡単な方法になるかどうかを知りたいと思っていました。 水サンプルを採取し、その場でろ過し、DNA を捕捉したフィルターを研究室に持ち帰って、DNA を使用してそこに何があるかを評価することができます。

それで、あなたはエベレストに行って、そのようにサンプルを集めました。 後で、それらの DNA サンプルをどのように分析しましたか?

全ゲノム ショットガン シーケンスとメタバーコーディングという XNUMX つの異なる手法を使用してデータを分類しました。 次に、XNUMX つの異なるバイオインフォマティクス パイプラインを使用してデータを分析し、検出した生物を特定しました。

エベレストでやり遂げたので、ペルーに戻ってやりたいと思っています。

エベレストで収集した eDNA に関する重要なポイントは何ですか?

そこには信じられないほどの生物多様性があります。 ウイルス、細菌、菌類、植物、動物など、生命の系統樹全体から 187 の分類学的順序を見つけることができました。 4,500 メートルを超えるこの 3 つの山には、知られているすべての分類順序のほぼ XNUMX 分の XNUMX が見られます。 その高度以上の地形は、世界の陸地の XNUMX% しか占めていません。

願わくば、より多くの人々が DNA データを収集するにつれて、配列を再分析し、属や種のレベルまで同定を行うことができるようになるでしょう. 私たちがすでにそれを行うことができたデータのいくつかは、素晴らしいものでした. たとえば、糞のサンプルの DNA から、パラスの猫 (マヌルネコ) は野生のネコ科の希少種で、ネパール東部に生息しています。 それは刺激的でした。 しかし現在、エベレストからのデータを比較するための参照シーケンスはごくわずかしかなく、それが何かを特定するために必要なものです。

研究に他の制限はありましたか?

もちろん。 私たちの調査は、2019 年 XNUMX 月と XNUMX 月の数週間の多様性のスナップショットの XNUMX つにすぎません。人を安全に乗り降りさせるためのロープ。

その年の春の雪解けが非常に遅くなったため、サンプリングも制限されました。 過去数年間の衛星画像から、エベレスト山の湖はそこに着いたときには完全に溶けているだろうと予想していましたが、いくつかはまだ凍っていました。 氷の下から水をサンプリングするために、氷をハッキングする必要がありました。

収集を数か月ずらせば、さらに多くの DNA を収集でき、生物多様性はさらに高くなるでしょうか? おそらくですが、待つ余裕はありませんでした。 それでも、その間にそこから引き出したデータの量は驚くべきものです。

XNUMX 年を通して季節ごとに環境がどのように変化するかを調べてから、XNUMX 年ごとに戻って時間の経過とともにどのように変化するかを確認するのは素晴らしいことです。 私たちが特定した生物のいくつかは、気候変動やその他の環境ストレスの指標種として機能します。

ヒマラヤのような場所でバイオアッセイを行うことが重要なのはなぜですか? これらの極端な環境は、世界の比較的小さな部分です。 よりアクセスしやすい場所から eDNA を収集するだけでは十分ではないのはなぜですか?

私たちはそこに行くためにXNUMXつの目標を念頭に置いていました。 まず、次のような質問に答えたかったのです。最高高度の生活とは何ですか? そこにはどんな種が住んでいますか？ 私たちが極限環境と呼んでいる環境に耐えることができる生物は何ですか?

これは、生物学的な観点からのみ知ることが重要です。 たとえば、そこで見つかった生物のいくつかは、クマムシとワムシです。 これらの生物は、非常に過酷で極端な環境を含め、ほとんどどこにでも住むことができます。 クマムシは真空の宇宙でも生き残ることができます。

第二に、高山の環境は、低地よりもはるかに速い速度で変化が起こっていることを確認できる場所です。 通常、極限環境のわずかな摂動が、これらの生物が占める範囲や領域に大きな変化をもたらす可能性があります。 これらの変更の結果を理解したかったのです。

良い例は、シビナコチャ湖近くのペルー南部のコルディレラ ビルカノータの山で学んだことです。 数十年にわたる研究を通じて、両生類は最近氷河が消失した地形に生息域を拡大していることがわかりました。 後退する氷河の背後に新しい池が形成されました。 これにより、種が上向きに移動して占有できる新しい生息地が開かれました。

しかし、それは両生類だけではありません。 昆虫、植物、その他の生物もこれらの池に移動しています。 山岳地帯では、ペルーのアンデスで記録したように、気候変動に応じて生物圏全体が上昇しています。

また、問題は次のようになります。これらの豊富な変化率がどのくらいの速さで発生しているかを測定できますか? 両生類は、生息地の可用性に基づいて頻繁に移動することがわかりました。 池が形成されると、彼らはそこに移動しますが、最終的には氷河によって供給されなくなります. 水が乾くと、両生類は次の池に移動します。 非常にダイナミックで、急速に変化する環境です。

エベレストの調査は、これらの変化を記録するためのベースライン データを確立する優れた方法です。 そこにいる種は過酷な環境に住んでいるため、行動を変える傾向があります.

eDNA はそれほど極端でない環境でも有用なツールですか?

私は、eDNA を主要なツールとは考えていません。 eDNA は、生物多様性モニタリングの他の方法と組み合わせて使用​​する必要があります。 次に、eDNA データをより全体的に、コンテキスト内で見ることができます。

たとえば、糞のサンプルを集めたり、エベレストにいる間に視覚的な遭遇調査を行ったりしました。 そこに積もったばかりの雪の中にユキヒョウの足跡が見つかりましたが、eDNA サンプルにはユキヒョウは見つかりませんでした。 それは私たちが逃したものでした。

eDNA の問題点は、環境にある多くの情報について信じられないほど有益な情報を提供できる一方で、データに含まれていないものを除外することはできないということです。 検出の感度によって常に制限されているためです。

ある湖から 20 の水サンプルを採取したとしましょう。10 つのサンプルだけがカメに対して陽性でした。 サンプルを XNUMX 個しか採取していなかったら、そこにいるカメを見落としていた可能性があります。 したがって、eDNA では、データの解釈は常にサンプリング戦略に基づいている必要があります。 時間の経過に伴う変化のバイオモニタリングなどに eDNA を適用する場合は、まずシステムの生態を知り、次にすべての注意事項を念頭に置いておくことをお勧めします。

それらの警告のいくつかは何ですか?

DNA を検出したからといって、必ずしも生きている生物から DNA を収集しているとは限りません。 それは、eDNA を放出する死んだ生物からのものである可能性があります。 水域の底をかき混ぜると、古代の DNA がかき混ぜられている可能性があります。 答えたい質問と、eDNA がそれらの質問に答えてくれるかどうかを真剣に考える必要があります。

また、温度や紫外線の条件に応じて、eDNA の分解速度も覚えておく必要があります。 非常に多くのことが eDNA の半減期を短縮する可能性があり、研究を計画する際にはそれらすべてを考慮する必要があります。 かなり複雑になる可能性があります。

生物多様性の研究に加えて、eDNA を使用して野生生物の取引で種を特定しています。

はい。 私たちのプロジェクトの XNUMX つは、違法な骨取引で取引されているすべての大型ネコ科動物を特定できる DNA テストを開発することでした。 トラのすべての部分が野生生物取引に利用されています。 私たちは、没収地点または入国地点での事前スクリーニングを改善できる検査を開発したいと考えていました。 非常に使いやすいツールで、人の荷物やパッケージから入ってくる可能性のある骨のポータブルラボとスクリーンをセットアップできます. サンプルが大型のネコ科の動物からのものかどうかをすばやく確認できるため、規制されている可能性があるため、確認のための法医学検査に送ることができます。

パイロット版が中国とここ米国で試用されている。このアイデアは、法執行機関が違法取引を取り締まるのに役立つスクリーニング ツールとして使用することを目的としている。

あなたは、世界中の多くの両生類の個体群を破壊していると見られている両生類のツボカビに焦点を当てた長期的な監視イニシアチブをペルーで主導しました。 その菌類は両生類にどのように影響しますか?

真菌は脆弱な種の皮膚を攻撃します。 感染したカエルは角化亢進症を発症します。これは、水と酸素の吸収を阻害する皮膚のケラチン層の肥厚です。 そのため、その電解質は危険なほど不均衡になり、皮膚から剥がれ落ちています. カエルは最終的に心停止に陥ります。

特定の種にとって壊滅的な影響を与える可能性がありますが、他の種はそれに対してはるかに回復力があるようです. さまざまな真菌株の病原性については、多くの複雑な問題があります。 それは大きなフィールドです。

私たちは、どのカエルがツボカビに感染しているかを研究してきました。そして、カエルがそれに対処している間に、気候の温暖化の影響にどのように適応しているかを調べてきました。

何を見つけましたか？

カエルが上向きに前進し、範囲を拡大するにつれて、彼らは真菌を連れてきていることを示すことができました. 標高 5,300 メートルの峠の頂上付近で見つかったカエルの一部は、ツボカビ陽性でした。 私たち研究者が野外に出るときは、菌が周囲に広がらないようにブーツにアルコールをスプレーするなど、多くの予防策を講じています。

アンデスでは、マーブルド・ウォーター・フロッグという種が姿を消しました。 テルマトビウス・マルモラトゥス. 2005 年以降、人口は激減しました。 何年にもわたってサンプリングしたどのサイトでもそれらを見つけることができませんでした. しかし、2013 年までに、彼らは戻ってくるように見えました。 彼らは真菌に対してより耐性になっています。 急速に変化する環境に適応し続けているため、彼らはうまくやっていくことが期待されています。

フィールドワークをするのに好きな場所はありますか?

私のお気に入りはいつもペルーのシビナコチャ湖です。 フラミンゴが氷河の上を飛んでいて、アンデスのハチドリがあなたの周りを羽ばたいています。 カエルとビキューナ。 驚くほど美しく、このような高山の環境では信じられないほど生物多様性があります。

どのようにして XNUMX つの新しいタランチュラ種を発見したのですか?

私はクモ恐怖症なので、それは驚くべきことです！

ペルーでカエルを探して岩をひっくり返していたとき、穴から突き出ている小さな毛むくじゃらのお尻を見つけました。 私は見た ブロンウェン・コネキー当時一緒に働いていた学生で協力者だった 、「それをキャッチできますか？」と言いました。 彼女がやった。

私たちはたくさんの写真を撮り、専門のタランチュラ分類学者に見せました。 オスとメスを集める方法はありますか？」

次に何が起こったのですか？

私は戻らなければなりませんでした。 その時、長いトングを持って穴に手を伸ばしていたのは私だけでした。 私はタランチュラを慎重に釣り上げようとしましたが、アドレナリンの過負荷からほとんど気絶しました。

標本が大きいほど、私たちの馬のチームが収集を手伝いました。 新しい標本をリマに寄託し、分類学的評価のために送付するよう依頼しました。 約 10 年後、それらは最終的に分析され、結果が公開されました。 時には長い時間がかかることもありますが、科学は明らかになります。

次はどこで研究をしたいですか？ 夢のような場所はありますか?

ヒマラヤでもっと仕事をしたいです。 私は高山の環境が大好きです。 私を入れて、私は幸せです。 岩から岩へとジャンプしたり、物をひっくり返したり、生き物を探したりするのが大好きです。 私の好きなことは、岩をひっくり返して、その下にあるものを見ることです。

余暇には、激しい嵐の写真を撮り、研究しました。 それについて教えてください。

それが私の趣味です。 私の夫、 アントン・セイモン、竜巻研究チームの科学リーダーです。 彼は20年間竜巻の研究に携わっていて、私は彼と出会ってからXNUMX年間嵐を追いかけてきました。

毎年 XNUMX 月から XNUMX 月にかけて、私たちはバンと猟犬のチェイスを荷造りし、激しい嵐を追うためにグレート プレーンズに出かけます。 私たちは通常、破壊がほとんどない可能性が高く、これらの嵐の途切れのないビューを得ることができる地域で嵐をターゲットにしています. たとえ嵐が見えなくても、野生動物や野生の花の写真を撮るのはとても楽しいです。 野原に出かけるときのように、自然の中に身を浸すのが私の好きなことです。