Zorlu Yerlerde Saklanan Zor Türlerin DNA'sını İzliyor

Tracie Seimon, doğal dünyaya olan tutkusunu erken keşfetti. Colorado'da büyüyen bir çocukken, ailesinin arka bahçesinden "böcek toplamaktan" ve hobi olarak bir karınca çiftliği tutmaktan keyif alıyordu. Televizyonda ağaçların kesildiğini görünce çılgına dönerdi. O ve babası, merakı onu nasıl çalıştığını anlamak için teleskopu sökmeye sevk edene kadar gece gökyüzünü bir teleskopla incelerlerdi. Bir daha asla toparlayamadı. Ailesi daha sonra ona bir mikroskop hediye ettiğinde, onu olduğu gibi bırakması talimatı verildi.

Altındaki her şeye baktım, dedi.

2007'de Seimon, Columbia Üniversitesi'nde ikinci öğretim üyesiyken ve bir kariyer yolu seçerken, iki karşıt yöne doğru çekildiğini hissetti. Kardiyovasküler hastalık üzerine tıbbi araştırmasına devam etmek için kadrolu bir fakülte pozisyonu teklifini kabul edebilirdi. Ancak bunun yerine, Yaban Hayatı Koruma Derneği (WCS) için bir moleküler laboratuvar geliştirmeye yardımcı olmak için yarı zamanlı bir işe girdi. Bu, sonunda WCS ve Columbia Üniversitesi Enfeksiyon ve Bağışıklık Merkezi için ortak araştırma görevlisi olarak Bronx Hayvanat Bahçesi'nde yeni bir laboratuvarın kurulmasına yardımcı olacak benzersiz bir teklife dönüştü. Yeni laboratuvarı "yavaş yavaş inşa etmeye çalışırken" "Patojen keşfi konusunda eğitim alıyordum" dedi.

Bugün, Seimon Bronx Hayvanat Bahçesi'nde bulunan WCS'nin Moleküler Teşhis Laboratuvarı'nın direktörüdür. Vahşi doğada, özellikle zorlu ortamlarda türlerin tespit edilmesi ve izlenmesi için DNA tabanlı teknolojilerin kullanılmasına öncülük etmiştir. Biyolojik çeşitlilik araştırması onu Peru, Myanmar, Vietnam, Kamboçya, Rusya, Uganda ve Ruanda'ya götürdü.

Seimon, ilk kapsamlı çevresel DNA'yı (eDNA) yapan ekibe liderlik ederek Everest Dağı'na bile çıktı. biyolojik çeşitlilik araştırması Orası. Bu araştırma 2019'un bir parçasıydı. National Geographic ve Rolex Perpetual Planet Everest Seferi, o dağda şimdiye kadar yapılmış en kapsamlı bilimsel keşif gezisi.

Seimon'un saha çalışması onu Everest Dağı'na götürmeden önce, birçok kez Peru And Dağları'na seyahat etti. Odak noktası, Cordillera Vilcanota buzullu sıradağlarının Sibinacocha havzasıdır. Yaklaşık 20 yıldır, iklim değişikliğinin ve chytrid mantarının (kitrid mantarı) etkilerini araştıran bir girişime öncülük etti.Batrakhochytrium dendrobatidis or Bd) o habitatta yaşayan amfibiler üzerinde.

Kuantum Seimon ile video konferans aracılığıyla küresel araştırma yolculukları hakkında konuştu. Röportaj netlik için kısaltılmış ve düzenlenmiştir.

Bana Bronx Hayvanat Bahçesi'ndeki laboratuvarından bahset.

Laboratuvarımız küçük. Yürüttüğümüz günlük teşhislerin çoğu, WCS'nin dört hayvanat bahçesindeki ve New York Akvaryumu'ndaki koleksiyonumuzdaki hayvanlar üzerinde patojenler için yapılan testlerdir. Koruma için moleküler araçların geliştirilmesine yardımcı olduğumuz araştırma projelerimiz de var; DNA'yı incelemek için, kelimenin tam anlamıyla bir sırt çantasına atıp sahaya götürebileceğiniz türden araçlar. Örneğin, nesli tükenmekte olan türler için portatif köpek gençlik virüsü testi ve eDNA testi geliştirdik. Ve bu taşınabilir DNA testinin nasıl yapılacağı konusunda çalıştığımız birçok ülkede saha araştırmacıları yetiştiriyoruz.

eDNA araştırmasına nasıl dahil oldunuz?

2015'te meslektaşlarımız teknolojiyi nadir, tehdit altındaki bir türü test etmek için uygulayıp uygulayamayacağımızı sordu: Yangtze dev yumuşak kabuklu kaplumbağa (Rafetus domuzu). Bronx Hayvanat Bahçesi havuzlarımıza gitmek, su toplamak, orada hangi türlerin olduğunu görmek için test yapmak ve eDNA testi yapıp yapamayacağımızı görmek için çok zaman harcadık.

İlk başladığımda, neredeyse bilim kurgu gibi geldi. "Gerçekten mi? Bu kadar çok türü sadece sudan tespit edebiliyor muyuz?”

Perpetual Planet keşif gezisi için Everest Dağı'nda eDNA çalışmasına nasıl dahil oldunuz?

Paul MayewskiMaine Üniversitesi'nde son derece saygın bir iklim araştırmacısı ve buzulbilimci olan Dr., Everest Dağı'na bir bilim gezisi düzenliyordu ve beni davet etti. Bana, "Neden orada ne yapmak istediğine dair bazı fikirler bir araya getirmiyorsun?" diye sordu. Benim düşüncem şuydu: "En yüksek irtifada yaşamın ne olduğunu anlamak istiyorsak, Everest Dağı'nın biyolojik çeşitliliğini değerlendirmek için eDNA'yı kullanabilir miyiz?"

O zamanlar kimse biyoçeşitlilik hakkında fazla bir şey bilmiyordu çünkü bu yüksek rakımlarda çalışmak çok zordu. Hava ince. Çok çabuk yorulursun. Fırtınalar estiğinde, bazen tam elektrik kesintisi koşulları nedeniyle çadıra geri dönmek için GPS kullanmanız gerekir.

eDNA'nın çok daha kolay bir yol olup olamayacağını görmek istiyordum. Su örneklerini toplayabilir, yerinde filtreleyebilir, yakalanan DNA'yı içeren bu filtreleri laboratuvara geri getirebilir ve sonra orada ne olduğunu değerlendirmek için DNA'yı kullanabiliriz.

Yani Everest'e gittiniz ve bu şekilde numune topladınız. Daha sonra, bu DNA örneklerini nasıl analiz ettiniz?

Verileri iki farklı teknik kullanarak parçaladık, tam genom av tüfeği dizilimi ve metabarkodlama. Ardından verileri analiz etmek ve hangi organizmaları tespit ettiğimizi belirlemek için dört farklı biyoinformatik boru hattı kullandık.

Şimdi bunu Everest'te yaptığımıza göre, geri dönüp Peru'da yapmayı çok isterim.

Everest Dağı'nda topladığınız eDNA ile ilgili temel çıkarımlarınız nelerdi?

Orada inanılmaz miktarda biyolojik çeşitlilik var. Hayat ağacında 187 taksonomik düzen bulabildik: virüsler, bakteriler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar. Bilinen tüm taksonomik takımların neredeyse altıda biri, 4,500 metrenin üzerindeki bu tek dağda bulunabilir. Bu rakım ve üzerindeki arazi, küresel kara kütlesinin yalnızca %3'ünü oluşturuyor.

Umuyoruz ki, daha fazla insan DNA verisi topladıkça, dizilimleri yeniden analiz edebileceğiz ve tanımlamaları cins ve tür düzeyine kadar indirebileceğiz. Bunu zaten yapabildiğimiz verilerin bir kısmı harikaydı. Örneğin, scat örneklerindeki DNA'dan, Pallas'ın kedisinin (Otocolobus manülü), nadir bir yabani kedi türü, doğu Nepal'de yaşıyor. Bu heyecan vericiydi. Ancak şu anda, verileri karşılaştırmak için Everest'ten çok az sayıda referans dizisi var ve bir şeyi tanımlamanız için ihtiyacınız olan şey bu.

Çalışmanın başka sınırlamaları var mıydı?

Elbette. Çalışmamız, Nisan ve Mayıs 2019'daki birkaç haftadaki çeşitliliğin yalnızca bir anlık görüntüsü. Bu pencereyle sınırlıydık çünkü parçası olduğumuz keşif gezisi, tırmanma mevsimi ve Şerpaların ne zaman ortaya çıkabileceği ile ilgili projeleri içeriyordu. insanları güvenli bir şekilde yukarı ve geri almak için halatlar.

Örneklememiz de sınırlıydı çünkü o yıl bahar erimesi çok geç geldi. Önceki yıllardaki uydu görüntülerinden, oraya vardığımızda Everest Dağı'ndaki göllerin tamamen çözüleceğini bekliyorduk, ancak birçoğu hala donmuş durumdaydı. Suyun altından numune almak için buzu kesmek zorunda kaldık.

Koleksiyonu birkaç ay kaydırmış olsaydık, daha da fazla DNA toplayabilir miydik ve biyoçeşitlilik daha da yüksek olur muydu? Belki, ama bekleme lüksümüz yoktu. Yine de, o zamanlar oradan çıkardığımız veri miktarı hayret verici.

Çevrenin bir yıl boyunca mevsimsel olarak nasıl değiştiğine bakmak ve ardından bunun zaman içinde nasıl değiştiğini görmek için her beş yılda bir geriye gitmek harika olurdu. Tanımladığımız bazı organizmalar, iklim değişikliği ve diğer çevresel stresler için gösterge türler olarak hizmet ediyor.

Himalayalar gibi yerlerde biyoanalizler yapmak neden önemlidir? Bu aşırı ortamlar, dünyanın nispeten küçük bir parçasıdır. Sadece daha erişilebilir yerlerden eDNA toplamak neden yeterli değil?

Oraya çıkarken iki hedefimiz vardı. İlk olarak, aşağıdaki gibi soruları yanıtlamak istedik: En yüksek irtifada yaşam nedir? Orada hangi türler yaşıyor? Aşırı ortamlar dediğimiz koşullara hangi organizmalar tahammül edebilir?

Bunu sadece biyolojik açıdan bilmek önemlidir. Örneğin, orada bulduğumuz bazı organizmalar tardigradlar ve rotiferlerdir. Bu organizmalar, çok sert ve aşırı ortamlar da dahil olmak üzere hemen hemen her yerde yaşayabilir. Tardigrades, uzay boşluğunda bile hayatta kalabilir.

İkincisi, yüksek dağ ortamları, aşağıda meydana gelenden çok daha hızlı gerçekleşen değişiklikleri arayabileceğiniz yerlerdir. Tipik olarak, oradaki aşırı ortamların küçük bozulmaları, bu organizmaların işgal edebileceği aralıklarda veya bölgelerde büyük değişikliklere neden olabilir. Bu değişikliklerin sonuçlarını anlamak istedik.

Harika bir örnek, Güney Peru'daki Sibinacocha Gölü yakınlarındaki Cordillera Vilcanota dağlarında öğrendiklerimizdir. Birkaç on yılı aşkın bir süredir yapılan araştırmalar sonucunda, amfibilerin menzillerini yakın zamanda buzuldan arındırılmış araziye doğru genişlettiklerini bulduk. Geri çekilen buzulların arkasında yeni göletler oluştu. Bu, türlerin yukarı doğru göç edip işgal edebileceği yeni yaşam alanları açtı.

Ama sadece amfibiler değil. Böceklerin, bitkilerin ve diğer organizmaların da bu gölet alanlarına girdiğini görüyoruz. Peru And Dağları'nda belgelediğimiz gibi, dağlık bölgelerde tüm biyosfer iklim değişikliğine tepki olarak yükseliyor.

Şu soru da ortaya çıkıyor: Bu zengin değişim oranlarının ne kadar hızlı meydana geldiğini ölçebilir miyiz? Amfibilerin habitat mevcudiyetine bağlı olarak çok hareket ettiğini buluyoruz. Bir gölet oluştuğunda, içine taşınırlar, ancak sonunda artık buzul tarafından beslenmez. Kurudukça, amfibiler bir sonraki gölete geçer. Çok dinamik, hızla değişen bir ortam.

Everest çalışması, bu değişiklikleri belgelemek için temel verileri oluşturmanın harika bir yoludur. Oradaki türler zorlu ortamlarda yaşadıkları için davranışlarını değiştirmeye daha yatkınlar.

eDNA daha az ekstrem ortamlarda kullanışlı bir araç mı?

eDNA'yı asla birincil araç olarak düşünmüyorum. eDNA, diğer biyolojik çeşitlilik izleme yöntemleriyle birlikte kullanılmalıdır. O zaman eDNA verilerine daha bütünsel ve bağlam içinde bakabiliriz.

Örneğin, dağınık örnekler topladım ve Everest Dağı'ndayken görsel karşılaşma anketleri yaptık. Orada yeni yağmış karda kar leoparı izleri bulduk, ancak eDNA örneğimizde kar leoparı bulamadık. Bu kaçırdığımız bir şeydi.

eDNA ile ilgili olan şey, bir ortamdaki pek çok şey hakkında inanılmaz derecede bilgilendirici olabilse de, verilerinizde olmayanları göz ardı edemezsiniz. Çünkü her zaman algılama hassasiyetinizle sınırlısınız.

Diyelim ki bir gölden 20 su örneği alıyoruz ve sadece bir örnek kaplumbağa için pozitif çıkıyor. Sadece 10 örnek almış olsaydık, oradaki kaplumbağaları gözden kaçırmış olabilirdik. Dolayısıyla, eDNA ile verileri yorumlamanız her zaman örnekleme stratejisine dayalı olmalıdır. eDNA'yı zaman içindeki değişiklikler için biyoizleme gibi bir şeye uygularken, önce sisteminizin ekolojisini bilmek ve ardından tüm uyarıları aklınızda bulundurmak iyidir.

Bu uyarılardan bazıları nelerdir?

DNA'yı tespit etmeniz, onu mutlaka canlı bir organizmadan topladığınız anlamına gelmez. eDNA saçan ölü bir organizmadan olabilir. Bir su kütlesinin dibini karıştırırsanız, belki de eski DNA'yı karıştırıyorsunuzdur. Cevaplamak istediğiniz soruları ve eDNA'nın bunlara cevap verip vermeyeceğini gerçekten düşünmeniz gerekiyor.

Ayrıca, sıcaklığa veya ultraviyole ışık koşullarına bağlı olarak eDNA'nın ne kadar hızlı bozunduğunu da hatırlamanız gerekir. Pek çok şey eDNA'nızın yarı ömrünü azaltabilir ve bir çalışma tasarlarken bunların hepsini göz önünde bulundurmanız gerekir. Oldukça karmaşık olabilir.

Biyoçeşitlilik çalışmalarınızın yanı sıra, eDNA'yı yaban hayatı ticaretindeki türleri tanımlamak için de kullanıyorsunuz.

Evet. Projelerimizden biri, yasa dışı kemik ticaretinde ticareti yapılan tüm büyük kedi türlerini tanımlayabilecek bir DNA testi geliştirmekti. Kaplanın tüm organları yaban hayatı ticaretinde kullanılmaktadır. Müsadere noktalarında veya ülkelere giriş noktalarında daha iyi bir ön taramaya izin verecek bir test geliştirmek istedik. Portatif bir laboratuvar kurabilmeniz ve insanların bagajlarından veya paketlerinden gelebilecek kemikler için ekran oluşturabilmeniz için kullanımı çok kolay bir araç. Bir örneğin büyük bir kedi türünden olup olmadığını hızlı bir şekilde görebilen ve bu nedenle düzenlenebilir, böylece daha sonra doğrulayıcı adli tıp testine gönderilebilir.

Bir pilot versiyon Çin'de ve burada ABD'de deneniyor. Buradaki fikir, onu kolluk kuvvetlerinin yasadışı ticareti engellemesine yardımcı olabilecek bir tarama aracı olarak kullanmaktır.

Peru'da, dünyadaki birçok amfibi popülasyonunu yok ettiği görülen amfibi chytrid mantarına odaklanan uzun vadeli bir izleme girişimine öncülük ettiniz. Bu mantar amfibileri nasıl etkiler?

Mantar, savunmasız türlerin derisine saldırır. Enfekte bir kurbağa daha sonra derinin keratin tabakasının su ve oksijenin emilmesini engelleyen kalınlaşması olan hiperkeratoz geliştirir. Böylece elektrolitleri tehlikeli bir şekilde dengesizleşiyor ve deriden sıyrılıyor. Kurbağalar sonunda kalp krizi geçirir.

Bazı türler için yıkıcı olabilir, ancak diğerleri ona karşı çok daha dirençli görünüyor. Farklı mantar suşlarının patojenitesi hakkında birçok karmaşık soru vardır. Bu büyük bir alan.

Hangi kurbağaların chytrid mantarı ile enfekte olduğunu ve sonra, onlar bununla uğraşırken, aynı zamanda ısınan iklimin etkilerine nasıl uyum sağladıklarını inceliyoruz.

Ne buldun?

Kurbağaların yukarı doğru ilerleyip menzillerini genişlettikçe mantarı da yanlarında getirdiklerini gösterebildik. Geçidin tepesine yakın bir yerde, 5,300 metre yükseklikte bulduğumuz bazı kurbağalarda kitrid pozitif çıktı. Biz araştırmacılar sahaya çıktığımızda, mantarı etrafa yaymamak için botlarımıza alkol püskürtmek için birçok önlem alıyoruz.

And Dağları'nda bir türün yok oluşunu gördük, mermer su kurbağası, Telmatobius marmoratusu. 2005'ten sonra nüfus çöktü. Yıllarca örneklediğimiz sitelerin hiçbirinde bulamadık. Ancak 2013'te geri dönüyor gibi görünüyorlardı. Mantara karşı daha dirençli hale geliyorlar. Orada hızla değişen ortama uyum sağlamaya devam ederken oldukça başarılı olacaklarına dair umut var.

Saha çalışması yapmak için favori bir noktanız var mı?

Benim favorim her zaman Peru'daki Sibinacocha Gölü olacak. Buzulların üzerinde uçan flamingolar ve etrafınızda uçuşan And sinek kuşları var. Kurbağalar ve vicuña. Bu kadar yüksek dağlık bir ortam için inanılmaz derecede güzel ve inanılmaz derecede biyolojik çeşitlilik.

İki yeni tarantula türünü nasıl keşfettiniz?

Şaşırtıcı, biliyorum çünkü ben bir örümcek düşmanıyım!

Peru'da kurbağa aramak için kayaların üzerinden geçerken, bir delikten çıkan tüylü bir serseri gördüm. a baktım Bronwen Konecky, o zamanlar birlikte çalıştığım bir öğrenci ve ortak çalışan ve "Bunu yakalayabiliyor musun?" O yaptı.

Pek çok fotoğraf çektik ve onları uzman bir tarantula taksonomistine gösterdik ve "Görünüşe göre yeni bir türe sahip olabilirsiniz. Birkaç erkek ve dişi toplamanın herhangi bir yolu var mı?”

Sonra ne oldu?

Geri dönmek zorunda kaldım. O zaman, uzun bir maşayla deliklere uzanan sadece bendim. Tarantulaları çok dikkatli bir şekilde avlamaya çalışırdım ve aşırı adrenalin yükünden neredeyse bayılırdım.

Daha büyük örnekler, at ekibimizin toplanmasına yardımcı oldu. Yeni örnekleri Lima'ya bıraktık ve taksonomik değerlendirme için gönderilmelerini talep ettik. Yaklaşık 10 yıl sonra nihayet analiz edildi ve sonuçlar yayınlandı. Bazen uzun zaman alır, ancak bilim ortaya çıkar.

Bundan sonra nerede araştırma yapmayı umuyorsunuz? Herhangi bir rüya yeri var mı?

Himalayalarda daha fazla iş yapmayı çok isterim. Sadece yüksek dağ ortamlarını seviyorum. Beni birine koyun ve mutluyum. Kayadan kayaya atlamayı, bir şeyleri ters çevirmeyi, yaratıkları aramayı seviyorum. En sevdiğim şey taşları çevirip altında ne olduğunu görmek.

Boş zamanlarınızda şiddetli fırtınaları fotoğrafladınız ve incelediniz. Bize bundan bahset.

Bu benim hobim. Kocam, Anton Seimon, bir kasırga araştırma ekibinin bilimsel lideridir. Otuz yıldır kasırga araştırmasıyla uğraşıyor ve ben tanıştığımızdan beri, yani 20 yıldır onunla fırtına kovalıyorum.

Her yıl Mayıs ve Haziran ayları arasında minibüsümüzü ve tazı köpeğimiz Chase'i toplarız ve şiddetli fırtınaları takip etmek için Great Plains'e çıkarız. Genellikle çok az yıkımın olacağı ve bu fırtınaların kesintisiz görüntülerini alabildiğimiz bölgelerdeki fırtınaları hedefliyoruz. Ama fırtına görmesek bile vahşi yaşamı ve kır çiçeklerini fotoğraflamaktan son derece mutluyum. Kendimi doğaya kaptırmak, tıpkı tarlaya çıktığım zamanki gibi, yapmayı en sevdiğim şey.