เป็นเวลากว่า 140 ปีแล้วที่เสียงไซเรนของริโอแกรนด์—ซาลาแมนเดอร์ยาวสองขาที่ลื่นและลื่นซึ่งได้รับการคุ้มครองโดยรัฐเท็กซัส— ถูกพบใกล้อีเกิลพาส เมืองบนพรมแดนสหรัฐฯ-เม็กซิโก แต่ในปี 2019 นักชีววิทยา Krista Ruppert ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ Mississippi State University ได้ตระหนักว่าเธอไม่ต้องการเสียงไซเรนในมือเพื่อพิสูจน์ว่าพวกเขายังอยู่ที่นั่น
เธอแค่ต้องการเหยือกน้ำโคลนเพื่อกรอง
ที่ Eagle Pass Ruppertพบ DNA สิ่งแวดล้อมเพียงพอ—ติดตามสารพันธุกรรมที่ทิ้งไว้ในขณะที่สิ่งมีชีวิตคลาน ว่ายน้ำ หรือกระพือปีกตลอดชีวิต—เพื่อพิสูจน์ว่าสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่เข้าใจยากยังคงอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่ขอบด้านตะวันตกสุดของระยะที่พวกมันรู้จัก
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา DNA ของสิ่งแวดล้อมหรือ eDNA ได้ปฏิวัติการวิจัยทางทะเลและทางน้ำโดยอนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์สุ่มตัวอย่าง “ระบบนิเวศทั้งหมด” ด้วยน้ำหนึ่งลิตร ตอนนี้ หลังจากการทดลองบนดินแห้งอย่างชุลมุนในช่วงหลายปีที่ผ่านมา eDNA ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญสำหรับโครงกระดูกของนักชีววิทยา เป็นเทคนิคที่ค่อนข้างถูก ไม่รุกล้ำ และเรียบง่าย ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อศึกษารูปแบบชีวิตใดๆ ได้ และมักต้องใช้เวลาและแรงงานน้อยกว่าวิธีการก่อนหน้านี้
นี่คือตัวอย่างสถานที่ที่น่าแปลกใจที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบดีเอ็นเอที่ซ่อนอยู่ ตั้งแต่ชายหาด ท้องแมลง ไปจนถึงสายลม และสิ่งที่การค้นพบเหล่านี้กำลังสอนเราอยู่
หยุดปัดดอกกุหลาบ
ในปี 2017 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aarhus ในประเทศเดนมาร์กใช้แขนขา โดยดึงช่อดอกไม้ป่าจากทุ่งเดนมาร์ก 2 แห่งแล้วนำไปแช่ในอ่างเคมีเพื่อสกัด DNA บนพื้นผิวของพวกมัน
“เราไม่แน่ใจจริงๆ ว่าจะได้ผลหรือไม่” ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาEva Egelyng Sigsgaardกล่าว
ที่น่าแปลกใจคือ ดอกคื่นฉ่ายป่าเพียงดอกเดียวเจาะดีเอ็นเอจากแมลง แมงมุม และสัตว์ขาปล้องอื่นๆ ถึง 25 สายพันธุ์ เมื่อออกดอก 56 ดอก พวกเขาตรวจพบ eDNA จากอย่างน้อย 135 สปีชีส์ที่มีความหลากหลายมหาศาล ตั้งแต่แมลงผสมเกสรจำนวนมาก รวมถึงแมลงเม่าและผึ้ง ไปจนถึงด้วงที่กินสัตว์เป็นอาหาร
“สิ่งที่น่าประทับใจที่นี่คือเราได้สายพันธุ์ที่มีช่วงเวลาสั้น ๆ ในการโต้ตอบ”—เช่นวินาทีที่ผีเสื้อกินน้ำหวานก่อนที่จะบินออกไป—“ไปยังสายพันธุ์ที่ครบวงจรชีวิตของมันบนดอกไม้” เช่นPhilip Francis Thomsenรองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาของมหาวิทยาลัย Aarhus อีกคนหนึ่งซึ่งได้ค้นคว้าเกี่ยวกับ eDNA มานานกว่าทศวรรษกล่าวว่าในฐานะเพลี้ย
ตัวอย่าง DNA สิ่งแวดล้อมที่นำมาจากดอกไม้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่จำเป็นมากเกี่ยวกับภูมิภาคหรือพันธุ์พืชที่ผสมเกสรมากที่สุด ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการมีส่วนร่วมของแมลงเม่าและแมลงวันนั้นถูกประเมินต่ำไปอย่างมาก และอาจเป็นเป้าหมายที่สำคัญสำหรับความพยายามในการอนุรักษ์
เชื้อโรคในทราย
หาดทรายสีขาวของฟลอริดาปกคลุมไปด้วย eDNA— ไม่ใช่แค่จากนักท่องเที่ยวเท่านั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฟลอริดาได้กู้คืนสารพันธุกรรมจากรอยฟลิปเปอร์ที่เหลือจากลูกเต่าหัวค้อนแต่ละตัว ซึ่งมีน้ำหนักประมาณสองในสี่ เดินทางจากรังสู่ทะเล
การวิเคราะห์เพิ่มเติมของตัวอย่างทรายแสดงให้เห็นว่า eDNA สามารถช่วยให้นักวิจัยตรวจสอบไม่เพียงแต่ชนิดพันธุ์ แต่ยังรวมถึงการแพร่กระจายของโรคด้วย
ร่องรอยขนาดเล็กยังมี eDNA จาก ChHV5 ซึ่งเป็นไวรัสที่ทำให้เกิดการเติบโตของมะเร็งไฟโบรพาพิลโลมาโตซิสในเต่าอายุน้อยหลายชนิด การค้นพบนี้ท้าทายทฤษฎีที่เป็นประธานว่าโรคนี้แพร่กระจายในแนวราบ ไม่ว่าจะผ่านทางคอลัมน์น้ำหรือระหว่างการสัมผัสโดยตรงระหว่างเต่าอายุน้อย
“การตรวจหาไวรัสในการฟักไข่ใหม่เอี่ยมทำให้เกิดคำถามใหญ่ว่าการแพร่เชื้อในแนวตั้ง” จากแม่สู่ลูกฟัก “ยังมีผลหรือไม่” เจสสิก้า ฟาร์เรล บัณฑิตปริญญาเอกคนล่าสุดจากมหาวิทยาลัยฟลอริดาและผู้เขียนคนแรกของ การเรียน.
“จะมีผลกระทบอย่างมากในแง่ของวิธีที่เราจะพยายามบรรเทาโรคนี้ในอนาคต” เธอกล่าว
ฟ้าใส
ในช่วงสูงสุดของการปิดเมืองในปี 2020 คริสตินา ลิงการ์ดซึ่งตอนนั้นเป็นนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ใช้เครื่องดูดอากาศหลายแบบเพื่อดูดอากาศที่สวนสัตว์โคเปนเฮเกน เธอและที่ปรึกษาของเธอKristine Bohmannรองศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาระดับโมเลกุล ไม่ได้คาดหวังอะไรมาก บางทีเธออาจเก็บ DNA จากokapiได้ถ้าเธอยืนอยู่ในคอกม้าของสปีชีส์ เธอคิด
แต่ผลลัพธ์ก็เกินฝัน โดยการกรองอากาศในหลายพื้นที่ทั่วทั้งสวนสัตว์ ในที่สุด Lynggaard ก็ตรวจพบสัตว์ 49 สายพันธุ์ บางสายพันธุ์อยู่ห่างออกไปหลายร้อยหลา ไม่ว่าจะเป็นนก สัตว์เลื้อยคลาน สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม หรือแม้แต่ปลาที่เลี้ยงไว้กับสัตว์นักล่า
“เราขนลุก น้ำตาไหล” Bohmann กล่าว “Lynggaard ได้แสดงให้เห็นบางสิ่งบางอย่างที่สามารถเปลี่ยนแปลงพื้นที่ทั้งหมดของการตรวจสอบสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก” หมายถึงสัตว์มีกระดูกสันหลังที่อาศัยอยู่บนบก
โดยที่ Lynggaard ไม่รู้มีการศึกษาที่ใกล้เคียงกันที่สวนสัตว์ในสหราชอาณาจักร ผลลัพธ์ของพวกเขาสะท้อนถึงทีมเดนมาร์กที่ค้นพบ 25 สายพันธุ์ ซึ่งรวมถึงเม่นยูเรเชียนป่าที่น่ายินดีที่ผู้ดูแลเห็นสวนสัตว์เร่ร่อนอยู่เป็นประจำ
การค้นพบคู่แฝดเกิดขึ้นในช่วงเวลาลุ่มน้ำแห่งประวัติศาสตร์ eDNA แต่สิ่งที่พวกเขาพลาดไปนั้นน่าทึ่งพอๆ กับสิ่งที่พวกเขาจับได้ บางชนิดไม่เคยถูกตรวจพบ และขนาดร่างกายของสัตว์และจำนวนคนก็ดูเหมือนจะไม่มีผลต่อการอ่านเสมอไป
เบธ แคลร์ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยยอร์กในแคนาดาและผู้นำสหราชอาณาจักรกล่าวว่า “ตอนที่ฉันเดินไปรอบๆ สวนสัตว์ ฉันมีความคิดนี้ว่าถ้าฉันได้กลิ่นสัตว์ ฉันก็อาจจะตรวจพบมันได้” การศึกษาตาม
“ฉันคิดว่าถ้าฉันได้กลิ่นอะไรก็ตามที่เป็น ฮอร์โมน ฟีโรโมน หรือกลิ่นที่มันทิ้งไป แน่นอนว่าต้องมี DNA ติดตัวไปกับหยดเหล่านั้น” แต่ eDNA จากหมาป่าที่อาศัยอยู่ที่มีกลิ่นเหม็นที่สุดในสวนสัตว์ ได้หลบเลี่ยงตัวกรองของพวกมัน
ตอนนี้ ทั้งสองทีมกำลังทำงานเพื่อปรับแต่งเทคนิคของตน แคลร์และเพื่อนร่วมงานได้ปรับใช้ต้นแบบสี่รอบในสภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติตั้งแต่ออนแทรีโอไปจนถึงเขตร้อน เธอกล่าว และกำลังทดลองกับคอลเลคชัน eDNA จากฝุ่นแบบพาสซีฟ (ซึ่งก็คือตัวกรองที่ไม่มีเครื่องดูดฝุ่น)
“การค้นพบที่น่าสนใจที่สุดของเราคือเนื้อหาไม่ได้เป็นเพียงการสะสมแบบสุ่ม” เธอกล่าว “เมื่อสัตว์เคลื่อนไหว พวกมันจะถูกตรวจจับ [และ] เมื่อมันอยู่เฉยๆ สัญญาณก็เช่นกัน”
การค้นพบใหม่เหล่านี้ ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการพิจารณาเพื่อตีพิมพ์ เป็นการบรรเทาทุกข์ที่สำคัญสำหรับแคลร์และเป็นสัญญาณอันเป็นมงคลสำหรับอนาคตของ eDNA ในอากาศ
“ข้อกังวลในช่วงแรก [คือ] ว่าจะไม่มีสัญญาณที่แท้จริง—ความเสี่ยง ‘ทุกอย่างมีอยู่ทุกที่’” เธออธิบาย “มีคนแนะนำว่าลมจะเคลื่อน DNA ไปรอบๆ เพื่อทำให้มันเป็นซุปที่เป็นเนื้อเดียวกัน ข้อมูลของเราชี้ให้เห็นตรงกันข้าม”
ทะเลเปิด
พลวัตของประชากรสำหรับฉลามวาฬ ยักษ์ลึกลับที่ชอบน้ำลึกในมหาสมุทรเปิดและไม่ต้องการพื้นผิวในอากาศ ยังคงเป็นเรื่องลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์
เพื่อเรียนรู้ว่าประชากรฉลามที่ใกล้สูญพันธุ์แตกต่างกันอย่างไร นักวิทยาศาสตร์มักใช้หอกมือเพื่อตัดชิ้นเนื้อออกจากร่างกายของพวกมัน
“มันเหมือนกับทรงกระบอกเล็กๆ ที่คุณได้รับ โดยพื้นฐานแล้วเป็นส่วนตัดขวางของผิวหนังและเข้าไปในเนื้อเยื่อไขมัน” เกี่ยวกับขนาดของ “ส่วนปลายของนิ้วก้อยของคุณ” Laurence Dugalผู้สมัครระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออสเตรเลียกล่าว
แต่งานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในปี 2564 ได้ค้นพบวิธีอื่นในการทำความเข้าใจยีนของฉลามวาฬ ให้ยืนข้างสัตว์ร้ายและเปิดฝาขวด Nalgene
ด้วยการรวบรวมตัวอย่าง eDNA หลังฉลามวาฬไม่กี่เมตร Dugal และทีมของเธอได้รับการอ่านที่ชัดเจนมากพอที่จะระบุลักษณะแฮ็ปโลไทป์ของฉลามแต่ละตัว เครื่องหมายทางพันธุกรรมที่ให้ข้อมูลว่าบรรพบุรุษของมันอาศัยอยู่ที่ไหน และความเกี่ยวข้องกับประชากรอื่นๆ เป็นการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบสำหรับการตรวจชิ้นเนื้อแบบดั้งเดิมที่นำมาจากบุคคลเดียวกัน
“ฉันพบว่ามันค่อนข้างน่าแปลกใจที่เราสามารถตรวจจับสัญญาณที่โดดเด่นจากพวกมันได้ในน้ำทั้งหมดนี้” เธออธิบาย
