الحمض النووي المستخلص من الهواء يُحدد أنواع الحيوانات الموجودة في الجوار

بقلم:    إيريك ستوكستاد

ترجمة: مي بورسلي

الحمض النووي DNA في كل مكان، حتى في الهواء. هذا ليس مفاجئًا لأي شخص يعاني حساسية من حبوب اللقاح أو وبر القطط. ولكن مجموعتين بحثيتين أظهرتا الآن، كلا منهما على حدة، أن الغلاف الجوي قد يحتوي على كميات يمكن اكتشافها من الحمض DNA من أنواع عديدة من الحيوانات. وقد أشارت مسودتهما ما قبل الطباعة التي نُشرت على موقع bioRxiv إلى أن أخذ عينات الهواء قد يتيح طريقة أسرع وأرخص لإجراء دراسة مسحية للكائنات الحية في النظم الإيكولوجية Ecosystems.

وقد أثار هذا العمل إعجاب العلماء الآخرين. ويقول ماثيو بارنيز Matthew Barnes، الاختصاصي بالإيكولوجيا من جامعة تكساس للتكنولوجيا Texas Tech University: “إن القدرة على اكتشاف العديد من الأنواع الحية باستخلاص الحمض النووي DNA من عينات الهواء هي قفزة هائلة… إنها إضافة لاحتمالات كامنة ومثيرة للحماس إلى صندوق الأدوات”.

وتقول جولي لوكوود Julie Lockwood، الاختصاصية بالإيكولوجيا الجزيئية من جامعة روتغرز Rutgers University في نيو برونزويك: “المدهش هو أنك قادر على التعرف على الطيور والثدييات – وهذا مثير للإعجاب”. وتشير الدراسات الجديدة إلى أن “هناك أكثر من مجرد أبواغ Spores؛ هناك خلايا وشعر وكل الأشياء الممتعة التي تطفو في الهواء”.

ولأكثر من عقد من الزمن، حلل الباحثون تلك المصادر المتباينة للحمض DNA في الماء لتحديد الكائنات الحية المراوغة. وأخْذ عيناتٍ من الحمض النووي البيئي Environmental DNA  (اختصارا: الحمض البيئي eDNA) في البحيرات والجداول والمياه الساحلية سمح للباحثين بتحديد الأنواع المُجتاحة Invasive species مثل سمكة الأسد Lionfish إضافة إلى الكائنات الحية النادرة مثل سمندل الماء ذي العرف الكبير Great crested newt. ومؤخراً، تتبع بعضُ العلماء الحشراتِ من الحمض النووي البيئي eDNA الموجود على أوراق النباتات، ووجدوا أيضًا حمضا نوويا بيئيا eDNA في التربة قد خلفته ثدييات مرت على هذا الدرب.

وقد أجريت دراسات أقل على الحمض النووي البيئي eDNA الحيواني في الهواء. ليس من الواضح مقدار الأنسجة التي تنبعث من الحيوانات أو المدة التي تظل فيها المحتويات الجينية لتلك الخلايا في الهواء. فقد استخدمت بعض الدراسات السابقة التسلسل الميتاجينومي Metagenomic، وهي طريقة جديدة لتحديد مخاليط الحمض DNA، لاكتشاف الكائنات الحية الدقيقة بما في ذلك البكتيريا والفطريات الموجودة بكثرة في الهواء. وفي عام 2015 وجدت دراسة أجريت على أجهزة مراقبة الهواء بحثا عن الكائنات الممرضة Pathogens في منطقة واشنطن العاصمة آثارًا للحمض النووي البيئي eDNA من أنواع عديدة من الفقاريات Vertebrates ومفصليات الأرجل Arthropods. ولكن مدى فائدة هذه التقنية لم يكن واضحًا، وليس من الواضح الكيفية التي تتخلص بها الحيوانات الأرضية من الخلايا التي تنتقل بعيدًا طافية في الهواء.

وفي وقت سابق من 2021، ذكرت إليزابيث كلير Elizabeth Clare، وهي حالياً اختصاصية بالإيكولوجيا الجزيئية من جامعة يورك York University، في مجلة بير جاي PeerJ أنه يمكن اكتشاف الحمض النووي البيئي eDNA لفئران الخلد العارية Naked mole rats في عينات الهواء المأخوذة في المختبر. ولمعرفة ما إذا كان يمكن اكتشاف الحمض  eDNA الحيواني في الهواء الطلق، ذهبت هي وزملاؤها من جامعة كوين ماري بلندن Queen Mary University of London إلى حديقة حيوانات: هناك، الأنواع معروفة ولا تعيش مثلها في المساحات المحيطة، لذلك يمكن للفريق تحديد مصدر الحمض النووي البيئي eDNA المحمول جواً الذي وجدوه. وفي ديسمبر 2020 أعدّت كلير مضخات تفريغ مزودة بفلاتر (مرشحات) في 20 موقعًا في حديقة هاميرتون للحيوانات Hamerton Zoo Park وتركت كل منها يعمل لمدة 30 دقيقة.

وقد جمعت كلير 72 عينة من الهواء من خارج وداخل مباني حديقة الحيوان. واستخدمت تفاعل البوليميراز Polymerase المتسلسل لتضخيم الأجزاء الجينية الضئيلة المتبقية على الفلاتر إلى ما يكفي من الحمض النووي DNA لتتمكن من إجراء التسلسل له. وتقول: “كان علينا أن نتحلى بالثقة في وجودها لأنها لم تكن شيئًا يمكنك قياسه”. وبعد سلسلة الحمض النووي البيئي eDNA، طابقت المقتطفات بالتسلسلات المعروفة في قاعدة البيانات. وحدد الفريق 17 نوعًا موجودًا في حديقة الحيوان وأنواع أخرى تعيش بالقرب منها وحولها، مثل القنافذ والغزلان. وقد عُثر على الحمض النووي لبعض حيوانات حديقة الحيوان على بعد 300 متر تقريبًا من حظائر الحيوانات. كما اكتشفت أيضًا الحمض النووي DNA المحمول جواً على الأرجح من لحوم الدجاج والخنازير والأبقار والخيل التي تتغذى بها الحيوانات المفترسة الأسيرة في الداخل. وبعد كل ذلك، اكتشف الفريق 25 نوعًا من الثدييات والطيور.

وفي تلك الأثناء، اتبع باحثون في الدنمارك الفكرة نفسها. وتتذكر كريستين بومان Kristine Bohmann، الاختصاصية بالإيكولوجيا الجزيئية من جامعة كوبنهاغن University of Copenhagen، أن الإلهام تولَّد أثناء تبادل الأفكار حول مقترحات برنامج المنح عالية المخاطر. “أتذكر أنني قلت، إنه أمر جنوني – كأنك تشفظ الحمض النووي DNA من الهواء، سيكون ذلك جنونيا بالتأكيد”. فقد فازوا بالمنحة وشفطوا الهواء من ثلاثة مواقع في حديقة حيوان كوبنهاغن بشفاطات كهربائية ومراوح في ثلاثة أنواع من أجهزة أخذ العينات. وقد استمروا باكتشاف الحيوانات – ما مجموعه 49 نوعًا من الفقاريات.

وتقول كريستي دينيه Kristy Deiner، الاختصاصية بإيكولوجيا الحِفاظ على الطبيعة من جامعة الأبحاث في زيوريخ ETH Zürich وهي تقود فريق أكسبرايز للغابات المطيرة XPRIZE Rainforest لتطوير تقنية الحمض النووي المحمولة جواً لمراقبة التنوع البيولوجي: ” مسودات ما قبل الطباعة لهذه الأوراق البحثية مثيرة للحماس وتُظهر بعض البيانات العظيمة”.

وتقول لوكوود إن الحمض النووي DNA المحمول جوا قد يساعد على الكشف عن وجود حيوانات يصعب اكتشافها بطريقة أخرى، مثل تلك الموجودة في البيئات الجافة أو الجحور أو الكهوف، وتلك التي تطير بعيدًا عن أنظار كاميرات الحياة البرية، مثل بعض الطيور.

غير أنها حذرت من أن هناك العديد من التساؤلات المثارة حول هذ الطريقة، بما في ذلك القضية الرئيسية المتعلقة بمدى انتقال الحمض النووي البيئي eDNA عبر الهواء، والتي ستؤثر في مدى جودة الطريقة التي يمكن بها تحديد أحدث موقع لوجود الحيوانات. وستعتمد تلك المسافة على العديد من العوامل، بما في ذلك البيئة؛ من المحتمل أن ينبعث الحمض النووي البيئي eDNA في الأراضي العشبية أكثر من الغابة. وتساؤل آخر يدور حول الكيفية التي ينبعث بها الحمض النووي البيئي eDNA بالضبط من الحيوانات. ويمكن أن يحدث ذلك عندما تتحرر الخلايا لأنها تخدش أو تفرك جلدها أو تعطس أو تنخرط في أي نشاط عنيف مثل القتال أو إخضاع الفريسة. وتقول كريستينا لينغارد Christina Lynggaard، الاختصاصية بالإيكولوجيا الجزيئية وهي باحثة ما بعد الدكتوراه من جامعة كوبنهاغن، والتي أخذت العينات في حديقة الحيوان، حتى أن الحمض النووي البيئي eDNA للكسلان Sloth ظهر في التحاليل.

كما أن الحيولة دون التلوث – الذي يمثل دائمًا مشكلة في دراسات الحمض النووي البيئي eDNA – هو بذاته أمر شائك. ويقول بارنيز إن أخذ عينات eDNA من الهواء يشبه “الماصات تحت الماء”. وتقول كلير إن إحدى المشكلات هي كيفية العثور على معامل مقارنة سلبي Negative control، أو عينة اختبار لا تحتوي على حمض نووي DNA بداخلها. “لا أعرف من أين أشتري بالونًا من الهواء المعقم”.

وعلى الرغم من العوامل غير المعروفة، فإن بارنيز وآخرين لديهم آمال كبيرة. وتأمل لوكوود التي تدرس آفات الغابات وحددت آثار الحمض النووي البيئي eDNA على اللحاء والأوراق، بالفعل، بالتعرف على الآفات الحشرية من الهواء. وتقول: “لا صبر لي الانتظار لأجرب هذه التقنية”.

©2021, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved