Η ικανότητα παρακολούθησης ζώων και φυτών είναι στον αέρα – κυριολεκτικά – χάρη στη βοήθεια από μια απροσδόκητη πηγή.
Σε όλο τον κόσμο, πολλοί σταθμοί ελέγχου ποιότητας αέρα φιλτράρουν τον αέρα μέσω μικρών χάρτινων δίσκων σε καθημερινή ή εβδομαδιαία βάση, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διασφαλίζουν ότι οι συγκεντρώσεις επικίνδυνων ρύπων όπως τα βαρέα μέταλλα είναι κάτω από ορισμένα επίπεδα. Αλλά τα φίλτρα μαζεύουν επίσης φυτικό και ζωικό DNA που έχει διασκορπιστεί στον άνεμο, αναφέρουν οι ερευνητές στις 5 Ιουνίου στο Current Biology .
Το eDNA, συντομογραφία του περιβαλλοντικού DNA, σε αυτά τα φίλτρα θα μπορούσε να κάνει τους σταθμούς ελέγχου ποιότητας του αέρα έναν θησαυρό δειγμάτων που καταλογίζουν τοπικά ζώα και φυτά. Τέτοια αρχεία θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να παρακολουθήσουν τη βιοποικιλότητα σε μεγαλύτερη κλίμακα από ποτέ και πιο εύκολα να πιάσουν τη μείωση των ειδών ή να παρακολουθήσουν πώς αλλάζουν τα οικοσυστήματα συνολικά.
«Είναι αυτό το απίστευτο σύστημα που υπάρχει ήδη, και το χρησιμοποιούμε ουσιαστικά για μια εντελώς νέα χρήση», λέει η Elizabeth Clare, μοριακή οικολόγος στο Πανεπιστήμιο York στο Τορόντο. Οι εγκαταστάσεις είναι ευρέως διαδεδομένες σε όλη τη Βόρεια και Κεντρική Αμερική, την Ευρώπη και την Ασία, αλλά είναι λιγότερο πυκνές στον παγκόσμιο Νότο.
«Δεν μας πέρασε ποτέ από το μυαλό ότι αυτά τα φίλτρα που συλλαμβάνουν σωματίδια θα μπορούσαν να αναλυθούν ακόμη και για περιβαλλοντικό DNA», λέει ο James Allerton, επιστήμονας ποιότητας αέρα στο Εθνικό Φυσικό Εργαστήριο στο Teddington της Αγγλίας. Αυτό άλλαξε όταν ο Άλλερτον διάβασε μια είδηση για δύο μελέτες όπου επιστήμονες έβγαλαν με ηλεκτρική σκούπα το ζωικό DNA από τον αέρα σε δύο ζωολογικούς κήπους, έναν στην Αγγλία — με επικεφαλής την Κλερ — και έναν άλλο στη Δανία (SN: 18/1/22 ) .
Η εκμάθηση για τη δυνατότητα σύλληψης του eDNA πυροδότησε μια «στιγμή λαμπτήρα», λέει ο Άλλερτον και προσέγγισε την Κλερ για να συνεργαστεί. Η εγκατάσταση του Teddington διατηρεί τα φίλτρα παρακολούθησης της ρύπανσης για ένα χρόνο σε περίπτωση που οι επιστήμονες χρειαστεί να κάνουν επαναλαμβανόμενες μετρήσεις για βαρέα μέταλλα, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να απαιτηθεί για ένα έτος eDNA, συνειδητοποίησε.
Ο Clare, ο Allerton και οι συνεργάτες του ανέλυσαν φίλτρα από τις εγκαταστάσεις του Teddington που εκτέθηκαν στον αέρα του περιβάλλοντος για μία ώρα, μία ημέρα ή μία εβδομάδα. Η ομάδα εξέτασε επίσης φίλτρα οκτώ μηνών από έναν σταθμό ελέγχου ποιότητας αέρα στη Σκωτία, τα οποία είχαν εκτεθεί στον αέρα για μια εβδομάδα.
Το γενετικό υλικό στα φίλτρα αποκάλυψε την παρουσία περισσότερων από 180 διαφορετικών τύπων τοπικής πανίδας, συμπεριλαμβανομένων των πεύκων, των ασβών, των κουκουβάγιων, των μυκήτων και των τρίτωνων. Αυτός ο όγκος είναι εκπληκτικός δεδομένου ότι τα φίλτρα και οι συνθήκες αποθήκευσης δεν ρυθμίστηκαν με το eDNA κατά νου, λέει ο David Duffy, βιολόγος στο Εργαστήριο Whitney του Πανεπιστημίου της Φλόριντα για τη Θαλάσσια Βιοεπιστήμη στο St. Augustine. Το ότι οι ερευνητές ανακάλυψαν τόσο πολύ eDNA από ένα σύστημα που έχει σχεδιαστεί για την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα δείχνει πόσο διαδεδομένο είναι το αερομεταφερόμενο DNA και πόσα δεδομένα για τη βιοποικιλότητα θα μπορούσαν να είναι διαθέσιμα.
Τα φίλτρα εντόπισαν άφθονη φυτική ζωή, ακόμη και σε δίσκους εκτεθειμένους στον αέρα μόνο για μία ώρα. Τα πουλιά και τα θηλαστικά, από την άλλη πλευρά, ήταν πιο πιθανό να εμφανιστούν σε δείγματα που ελήφθησαν για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους. Αυτό πιθανώς οφείλεται στο ότι τα δέντρα είναι ακίνητα ενώ τα ζώα κινούνται συνεχώς, οπότε χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να τα ανιχνεύσουμε, λέει η Clare.
Σημειώνει ότι μπορεί να υπάρχουν ακόμη παλαιότερα δείγματα. Υπάρχουν πολυάριθμοι σταθμοί που χρησιμοποιούν φίλτρα σε όλο τον κόσμο, ορισμένοι από τους οποίους δεν έχουν πετάξει ποτέ τους δίσκους από τότε που άνοιξαν. “Γνωρίζουμε μερικά μέρη όπου υπάρχουν δυνητικά 50 ή 60 χρόνια αποθηκευμένα από αυτά”, λέει η Clare. Δεν είναι σαφές εάν αυτά τα δείγματα είναι βιώσιμα, αλλά η ιδέα να μπορούμε να παρακολουθούμε τη βιοποικιλότητα τόσο πίσω είναι «απίστευτη».
Δεν χρησιμοποιεί κάθε σταθμός ελέγχου ποιότητας αέρα φίλτρα για την παρακολούθηση της ρύπανσης, λέει ο Fabian Roger, οικολόγος στο ETH Zürich. Πολλοί σταθμοί βασίζονται σε αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν τα αιωρούμενα σωματίδια σε πραγματικό χρόνο. Αυτοί οι αισθητήρες δεν μπορούν να συλλάβουν το eDNA, επομένως ο αριθμός των κατάλληλων εγκαταστάσεων για την εξαγωγή τέτοιου γενετικού υλικού θα ποικίλλει από μέρος σε μέρος.
Αλλά οι σταθμοί ελέγχου ποιότητας του αέρα που βασίζονται σε φίλτρα έχουν σίγουρα μεγάλες δυνατότητες, λέει ο Roger, ο οποίος μελετά επίσης πώς οι εγκαταστάσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν τις προσπάθειες για τη βιοποικιλότητα. Λέει ότι οι ερευνητές πρέπει τώρα να καταλάβουν πόσο χρήσιμες είναι οι γενετικές πληροφορίες. Δεν είναι σαφές πόσο πολύ ταιριάζει το DNA από τα φίλτρα με την τοπική πανίδα, λέει. Το πόσο μακριά μπορεί να είναι οποιεσδήποτε πηγές DNA, είτε πρόκειται για μερικά τετράγωνα, λίγα χιλιόμετρα ή ακόμα πιο μακριά, είναι επίσης άγνωστο.
