Inicjatywa badawcza pod przewodnictwem Finlandii rewolucjonizuje gatunek identyfikacja z DNA technologie umożliwiające skuteczne opisywanie tysięcy nieznanych owadów, co ma na celu poprawę ochrony różnorodności biologicznej.
Naukowcy z Uniwersytetu w Oulu w Finlandii prowadzą międzynarodowy projekt mający na celu rozwiązanie kryzysu związanego z identyfikacją gatunków przy użyciu szybko rozwijających się technologii DNA. Celem projektu jest opracowanie nowej metody genomicznej umożliwiającej taksonomiczne rozróżnienie i opisanie dziesiątek tysięcy gatunków owadów, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niezidentyfikowane przez stulecia ze względu na powolne tempo stosowania obecnych technik.
Badania nad nieznanymi jeszcze gatunkami, zwanymi „ciemną różnorodnością”, rozpoczną się od gatunków owadów żyjących w dżungli, które nie mają nazwy, ale mają już kod kreskowy DNA.
Postęp technologii molekularnych i globalna współpraca
Szybki postęp w technologiach molekularnych umożliwił szybkie sekwencjonowanie DNA i stworzenie opartego na DNA identyfikatora gatunku, czyli kodu kreskowego DNA, który ułatwia identyfikację gatunku. Jednak gatunki nienazwane również wymagają nazewnictwa i opisu. Celem tego nowego projektu badawczego jest zaprojektowanie, przetestowanie i wdrożenie systematycznego i zautomatyzowanego przepływu pracy na niespotykaną dotąd skalę.
Temat inspiruje badaczy na całym świecie. „Genomowy plan opisu tysięcy nowych gatunków”.W projekcie rozpoczętym we wrześniu 2024 r. i finansowanym przez Radę ds. Badań Naukowych Finlandii biorą udział naukowcy z Finlandii, USA i Kanady. Obecnie trwa rekrutacja nowych badaczy. Wkład Fińskiej Rady ds. Badań Naukowych w badania prowadzone na Uniwersytecie w Oulu wyniesie prawie pół miliona euro w ciągu czterech lat.
Wyzwania i nowe podejścia w identyfikacji gatunków
Identyfikacja gatunków jest ważna dla zrozumienia zmian w przyrodzie. 2 miliony gatunków opisanych w ciągu ostatnich 260 lat badań taksonomicznych to zaledwie ułamek gatunków zamieszkujących naszą planetę. Aktualne szacunki dotyczące rzeczywistej liczby gatunków na świecie znacznie się różnią i wahają się od kilku milionów do dziesiątków milionów, a nawet więcej. Stosowanie tradycyjnych podejść do opisu pozostałej większości staje się coraz większym wyzwaniem z wielu powodów – dużej liczby nieopisanych gatunków, ich niewielkich rozmiarów, dużego podobieństwa morfologicznego i braku wiedzy taksonomicznej.
„Jesteśmy u progu nowej ery. Tradycyjne metody identyfikacji gatunków są zbyt powolne, aby sprostać wyzwaniom związanym z różnorodnością biologiczną w obliczu jej szybkiej utraty” – mówi profesor Marko Mutanen z Uniwersytetu w Oulu, który kieruje międzynarodowym projektem badawczym.
Radykalne podejście, które umożliwiła rewolucja technologiczna, wywołuje także krytyczną debatę wśród badaczy, jeśli chodzi o podstawowe kwestie z tej dziedziny: Co powinien obejmować opis gatunku i jak go dokonać?
Kod kreskowy DNA: studium przypadku z owadami
Owady służą jako idealny model do opracowania i testowania „rozszerzonego podejścia minimalistycznego”. Są jedną z najbogatszych gatunkowo grup zwierząt i odgrywają kluczową rolę w wielu ekosystemach. Owady pozostają w dużej mierze nieznane i niesklasyfikowane w porównaniu na przykład z ptakami. Na przykład w Finlandii występuje mniej niż 400 znanych gatunków muszek żółciowych (Cecidomyiidae). Doktorantka Niina Kiljunen wykorzystała kody kreskowe DNA już w swojej pracy magisterskiej, aby odkryć około 1000 nowych gatunków muszek żółciowych w Finlandii. Liczba gatunków w Finlandii może być znacznie wyższa i wynosić kilka tysięcy. Duża część z nich jest prawdopodobnie nieznana nauce.
Muszki żółciowe to małe, delikatne muchówki, z których niektóre gatunki powodują galasy na roślinach, inne zjadają między innymi rozkładające się resztki roślin, ale nie żywią się krwią ludzi ani zwierząt.
Pod przewodnictwem profesora Daniela H. Janzena, członka zespołu badawczego, odczytano prawie milion kodów kreskowych DNA około 40 000–50 000 gatunków kostarykańskich muszek żółciowych. Spośród nich prawie żadnemu nie nadano nazwy naukowej.
Czy kod kreskowy to nowy gatunek?
Na Uniwersytecie w Oulu prowadzona jest systematyczna separacja, nazewnictwo i opis kostarykańskich gatunków komarów żółciowych z kodem kreskowym DNA. Ważnym, fundamentalnym pytaniem projektu badawczego i nowej identyfikacji gatunków jest: Jak ustalić, czy nieznane kody kreskowe DNA rzeczywiście należą do różnych gatunków?
Opracowując nową metodę identyfikacji gatunków, niezależna informacja genetyczna o gatunkach zostanie połączona z kodem kreskowym DNA. Naukowcy przyjrzą się innym cechom genetycznym w próbkach DNA z kodem kreskowym, aby sprawdzić, czy prowadzą one do tego samego wniosku dotyczącego granic gatunków. Kiedy niezależne cechy genetyczne dochodzą do tego samego wniosku, staje się jasne, że gatunek różni się od innych gatunków.
„Opis gatunków oparty na DNA będzie oparty na kodach kreskowych DNA i innych markerach genetycznych” – mówi Kiljunen. Opisy oparte na DNA można także łączyć z tradycyjną identyfikacją i klasyfikacją.
Opracowywana metoda może utorować drogę efektywnej nauce do odkrywania nowych gatunków oraz przyspieszania i wprowadzania innowacyjnych rozwiązań w zakresie identyfikacji gatunków.
Uczelniami partnerskimi nowego projektu badawczego są Uniwersytet w Guelph, im Uniwersytet PensylwaniiUniwersytet Kentucky i Uniwersytet Wschodniej Finlandii.
