8 دقیقه
تصور کنید یک نمونهگیر ریز پروازی که با نیش زدن، خون میمکد و بدون آگاهی از آن حضور دهها گونهٔ جانوری را در یک چشمانداز ثبت میکند. پژوهش تازهای از دانشگاه فلوریدا نشان میدهد که وعدههای غذایی خون پشهها میتوانند بهعنوان ابزاری قدرتمند و کمهزینه برای پایش تنوع زیستی عمل کنند و طیف وسیعی از مهرهداران را از قورباغهها تا گاوها شناسایی نمایند. این رویکرد مبتنی بر DNA محیطی (eDNA) و متابارکدینگ میتواند ابزار جدیدی در کارزارهای مانیتورینگ تنوع زیستی، مدیریت زیستگاه و شناسایی گونههای مهاجم یا در معرض خطر ارائه دهد.
چگونه پشهها به نمونهگیران متحرک eDNA تبدیل میشوند
پژوهشگران به سرپرستی حشرهشناسان لارنس ریوز و هانا آتسما بیش از 50,000 پشه را طی هشت ماه در یک منطقهٔ حفاظتشده به مساحت 10,900 هکتار در مرکز فلوریدا جمعآوری کردند. این مجموعه شامل 21 گونهٔ پشه بود؛ DNA استخراجشده از چند هزار مادهٔ خونخورده نشانگرهای ژنتیکی مربوط به 86 گونهٔ جانوری مختلف را آشکار ساخت. این عدد معادل حدود 80٪ از مهرهدارانی است که تیم انتظار داشت پشهها در آن منطقه از آنها تغذیه کنند، که نشاندهندهٔ توانایی بالای این روش در پوشش گسترهٔ تنوع زیستی محلی است.
با استفاده از تکنیک DNA متابارکدینگ — روشی که قطعات کوتاه و تشخیصی DNA را تقویت و توالییابی میکند — تیم تحقیقاتی توانست DNA موجود در وعدههای غذایی خون را به گونهها متصل کند؛ گونههایی با تاریخچههای زیستی متنوع: پستانداران درختی و زمینی، دوزیستان، پرندگان مهاجر و حتی گونههای مهاجم یا در معرض خطر. از جمله تفاوتهای قابل توجه، فقدان شواهد ژنتیکی از جانوران زیرزمینی مثل موش کور شرقی و یکی از پستانداران بزرگ یعنی پلنگ فلوریدا (Puma concolor couguar) بود که وضعیتی حفاظتی آسیبی را نشان میدهد. این نتایج نشان میدهد که الگوهای تغذیهٔ پشهها و رفتارهای زیستی گونهها نقش مهمی در قابلیت آشکارسازی توسط eDNA خون پشهای دارند.
نمای نزدیک از پشهای با شکم پر از خون؛ پشهها در عمل مانند دستگاههای نمونهبرداری DNA طبیعی عمل میکنند.
جزئیات مطالعه و یافتههای تطبیقی
در یک مطالعهٔ تکمیلی دیگر که توسط زیستشناس سباستین بوترو-کانولا رهبری شد، تیم، شواهد بهدستآمده از خون پشهها را با بررسیهای میدانی مرسوم مقایسه کرد. در بسیاری از موارد، نمونهبرداری از پشهها هنگامی که در پنجرههای فعالیت اوج آنها انجام شد، عملکردی قابل قیاس با روشهای مستقیم داشت. بهعبارت دیگر، در زمانهایی که پشهها فعال بودند، احتمال تشخیص گونهها از طریق DNA خون مشابه یا نزدیک به روشهای سنتی مانند تلههای دوربین یا شناسایی با حضور میدانی بود.
با این حال، در فصلهای خشک یا زمانهایی که فراوانی پشهها کاهش مییابد، روشهای سنتی برای برخی گونهها برتری نشان دادند. این مقایسه نشان میدهد که خونخواری پشهها و فراوانی فصلی آنها پارامترهای مهمی هستند که بر احتمال تشخیص گونهها تأثیر میگذارند و ترکیب روشها میتواند جامعیت و دقت پایش تنوع زیستی را افزایش دهد.
نتایج کلی حاکی از آن است که آنالیز وعدههای غذایی خون پشهها میتواند دامنهٔ تاکسونومیک ارزیابیهای تنوع زیستی را گسترش دهد. در حالی که تلههای دوربین، آشکارسازهای صوتی، یا ترانکتهای دیداری به گروههای خاصی سوگیری دارند (پستانداران بزرگ، پرندگان خواننده یا دوزیستان آوازهخوان)، DNA محیطی استخراجشده از پشهها تصویری ترکیبی ارائه میدهد — یک لحظهنگاری از گونههایی که به همان زیستگاه مراجعه میکنند و توسط پشههای محلی نیش زده میشوند. بنابراین این روش میتواند مکملی قدرتمند برای ابزارهای دیگر پایش تنوع زیستی باشد و خلأهای تشخیصی را پر کند.
چرا این موضوع برای حفاظت و پایش مهم است
بررسیهای میدانی سنتی هزینهبر، وقتگیر و نیازمند دانش تخصصی تاکسونومی هستند. نمونهبرداری مبتنی بر پشه برخی از این موانع را کاهش میدهد: تلهها ارزان هستند، استقرار در میدان نسبتاً ساده است و آزمایشگاهها میتوانند نمونههای زیادی را به صورت موازی پردازش کنند. برای برنامههای حفاظتی با منابع محدود، این روش میتواند راهی مقیاسپذیر برای شناسایی زودهنگام گونههای مهاجم، پایش جمعیتهای در معرض خطر یا اولویتبندی نواحی برای انجام بررسیهای پرهزینهتر فراهم آورد.
ریوز تضاد جالبی را میپذیرد: پشهها بهطور گسترده منفور و آزاردهنده خوانده میشوند، اما در این زمینه به طور ناخواسته نگهبانان وضعیت اکوسیستم میشوند. آتسما و همکارانش تأکید میکنند که اگرچه این تکنیک نویدبخش است، اما نیاز به اعتبارسنجی در اقلیمها، زیستگاهها و جوامع پشهای مختلف دارد تا بتوان آن را بهعنوان یک ابزار روتین پایش تنوع زیستی بهکار گرفت.
برای مثال، پیامدهای عملیاتی در برنامههای حفاظتی شامل توسعهٔ پروتکلهای نمونهبرداری استاندارد (زمانبندی استقرار تلهها، نحوهٔ جمعآوری پشههای خونخورده، روشهای نگهداری و حمل و نقل نمونه) و همچنین معیارهای QC/QA برای آزمایشگاهها است. علاوه بر این، نیاز به بانکهای مرجع توالی (reference databases) کامل و محلیشده وجود دارد تا شناسایی گونهها با دقت بالاتری انجام شود؛ فقدان توالیهای مرجع برای برخی گونههای بومی یا محلی میتواند محدودیتهایی در نتیجهگیری ایجاد کند.
محدودیتهای عملی و گامهای بعدی
محدودیتهای مشخصی وجود دارد. ترجیحات تغذیهای پشهها، فراوانی فصلی آنها و نرخ تخریب DNA بلعیده همگی احتمال آشکارسازی را شکل میدهند. DNA واردشده به رودهٔ پشه بهتدریج تخریب میشود و بازهٔ زمانی که در آن قابل شناسایی است محدود است؛ بنابراین زمانبندی نمونهبرداری نسبت به وعدهٔ غذایی مناسب تعیینکننده است. بهعلاوه، برخی گونههای بسیار کوچک یا زیرزمینی ممکن است به ندرت توسط پشهها گزیده شوند و در نتیجه احتمال تشخیص آنها کاهش مییابد.
تصور موجود در فیلمهای سینمایی مانند «پارک ژوراسیک» که پشههای فسیلشده بهعنوان مخازن دستنخوردهٔ ژنومهای باستانی نشان داده میشوند، در عمل علمی غیرمحتمل باقی میماند؛ DNA در طول زمان و تحت شرایط محیطی تخریب میشود و نگهداری ژنومهای کامل در حشرات فسیلشده بسیار نادر است. اما برای مدیریت تنوع زیستی در زمان حاضر، DNA مشتق از پشهها یک روش مکمل و اغلب مقرونبهصرفه برای گسترش پوشش آشکارسازی فراهم میکند.
هر دو مطالعه در Scientific Reports منتشر شدهاند و روند مهمی را در زیستشناسی حفاظتی برجسته میکنند: بهرهگیری از موجودات زنده و توالییابی مدرن برای انجام بررسیهای تنوع زیستی سریعتر، گستردهتر و مقرونبهصرفهتر. این روند شامل یکپارچهسازی روشها — مانند ترکیب دادههای eDNA پشهها با دادههای تلههای دوربین، ضبطهای صوتی و نمونههای میدانی سنتی — برای رسیدن به تصویر جامعتری از ساختار جمعیتی و توزیع گونهها است.
علاوه بر این، توسعهٔ الگوریتمها و مدلهای آماری که بتوانند احتمال تشخیص را با در نظر گرفتن پارامترهای اکولوژیک مانند فراوانی پشه، الگوهای فعالیت روزانه و فصلی، و ترجیحات تغذیهای گونهها مدلسازی کنند، یک حوزهٔ تحقیقاتی فعال است. چنین مدلهایی میتوانند برای برآورد فراوانی نسبی گونهها یا شناسایی تغییرات زمانی در جمعیتها مورد استفاده قرار گیرند و به تصمیمگیرندگان کمک کنند تا اقدامات حفاظتی هدفمندتری طراحی کنند.
از منظر عملیاتی، سرمایهگذاری در توسعهٔ بانکهای داده مرجع توالی محلی، استانداردسازی روشهای آزمایشگاهی، و آموزش تیمهای میدانی برای جمعآوری نمونههای با کیفیت بالا، نقش کلیدی در افزایش اثربخشی این روش خواهد داشت. افزون بر این، کارآزماییهای بینمحلی و چنداقلیمی برای بررسی کارایی این تکنیک در زیستگاههای مختلف (مانند جنگلهای بارانی، مردابها، مناطق کشاورزی و زیستگاههای شهری) ضروری است تا محدودیتها و نقاط قوت در بسترهای متنوع مشخص شوند.
در پایان، استفاده از پشهها بهعنوان نمونهگیران متحرک eDNA نمایانگر همگرایی زیستشناسی میدان و فناوری توالییابی است؛ رویکردی که میتواند ابزارهای جدیدی برای حفاظت از تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستمها فراهم آورد، بهویژه در مناطقی که منابع مالی یا نیروی انسانی محدود است.
منبع: sciencealert
ارسال نظر