Oamenii de știință obțin gândaci de bălegar pentru a colecta mostre de ADN pentru studii de biodiversitate

Rezervația Biosferei Manu din Peru este cea mai mare rezervație de pădure tropicală din lume și unul dintre cele mai diverse locuri de biodiversitate de pe planetă. Manu este o zonă protejată de UNESCO de dimensiunea Connecticut și Delaware combinate, acoperind o zonă în care bazinul râului Amazon se întâlnește cu Lanțul Munților Anzi. Această combinație formează o serie de ecosisteme unice, unde în fiecare an sunt descoperite specii necunoscute științei. Depărtarea regiunii a contribuit la păstrarea biodiversității acesteia, dar se adaugă provocărilor cu care se confruntă oamenii de știință care sunt atrași să o studieze.

Capcanarea faunei sălbatice pentru cercetare în jungla densă este nepractică, mai ales având în vedere distanțele mari pe care cercetătorii trebuie să le parcurgă în Manu, fie prin pădure, fie pe căile navigabile. Este o propunere costisitoare care expune în mod inevitabil animalele prinse la un anumit risc. Capcanarea animalelor rare și pe cale de dispariție este și mai dificilă și vine cu riscuri semnificative pentru animal.

Capcanarea gândacilor, totuși, nu ridică aceleași provocări. Sunt ușor de prins, ușor de transportat și, cel mai important, poartă ADN-ul multor animale în și pe ele. Orice animal pe care un biolog ar putea spera să-l studieze, lasă urme și excremente în pădure, iar gândacii își câștigă existența curățând aceste lucruri.

Gândacii ca colectori de ADN

Gândacii sunt abundenți în pădurea tropicală, iar speciile pe care echipa lui Alejandro Lopera-Toro le studiază nu sunt pe cale de dispariție. Studiul înseamnă că gândacii sunt uciși, dar, în general, efectul asupra ecosistemului este minim.

Potrivit biologului peruan și membru al echipei Patricia Reyes, „Impactul depinde de abundența și ciclul reproductiv al fiecărei specii. Reducerea populației de gândaci ar putea avea un efect asupra prădătorilor lor, cum ar fi păsările, reptilele și alte insecte. Sănătatea pădurii depinde de funcția gândacilor de a descompune materia organică și de a dispersa semințele. Deși până acum nu am găsit niciun efect asupra ecosistemului, limităm totuși câți gândaci individuali colectăm și identificăm zonele sensibile în care colectarea este interzisă. Promovăm metode durabile de colectare pentru a atenua posibilele impacturi în viitor.”

A face ca gândacii să facă munca de colectare a ADN-ului pentru cercetători a necesitat câteva ajustări. Capcanele folosite în mod normal pentru a studia gândacii îi fac să cadă într-o soluție chimică, care îi ucide și îi păstrează până când sunt colectați. Cu toate acestea, acele capcane contaminează conținutul stomacului gândacului, făcând ADN-ul inutilizabil. Capcanele lui Lopera-Toro îi țin în viață, protejând firele delicate de ADN pe care gândacii s-au străduit atât de mult să le colecteze. El și echipa sa ies, de asemenea, în pădure pentru a colecta gândaci vii manual, înregistrând cu atenție ora și locul în care fiecare a fost colectat. Începând din iulie 2022, echipa a colectat gândaci de bălegar din diversele ecosisteme ale lui Manu, în sus și în jos, pe gradientul de altitudine, de la 500 la 3.500 de metri deasupra nivelului mării.

Echipa Stației Biologice Manu folosește tehnologia Nanopore pentru a secvenția ADN-ul găsit în stomacul gândacilor, cu scopul de a afla ce animale sunt reprezentate acolo. Ei au vizat în mod special gândacii de bălegar, deoarece obiceiurile lor de hrănire depind de fecalele lăsate de animalele mai mari. Principalul avantaj al dispozitivului Nanopore minION este că poate separa lungimi lungi de ADN la fața locului. „Citirile lungi de secvențiere a nanoporilor oferă o identificare îmbunătățită a speciilor, în timp ce analiza datelor în timp real oferă acces imediat la rezultate, fie în teren, fie în laborator”, potrivit datelor. site-ul web Nanopore.

Biologul Juliana Morales recunoaște că Nanopore are încă o rată mare de eroare, deși, pe măsură ce această nouă tehnologie este rafinată, această problemă scade continuu. În sensul echipei Manu Biological Station, marja de eroare este un preț pe care sunt dispuși să-l plătească pentru a avea dispozitive pe care să le poată folosi în pădurea tropicală. Deoarece nu studiază o specie specifică, ci mai degrabă construiesc o bază de date cu speciile prezente în regiune, nu trebuie să corecteze fiecare nucleotidă pentru a putea identifica specia. Totuși, au nevoie de o șuviță suficient de lungă pentru a face diferența între o maimuță lânoasă obișnuită și o maimuță lânoasă cu coadă galbenă.

Deși cercetătorii preferă să secvențeze ADN-ul la fața locului cu dispozitive Nanopore minION, atunci când au mai mult de o duzină de mostre de analizat, le trimit la Universitatea din Guelph din Ontario, Canada. Este un coșmar logistic să trimiți mostre din jungla peruană în Canada, dar Lopera-Toro spune că merită. „Universitatea din Guelph poate procesa sute de mostre de ADN pe zi. Sunt norocos dacă putem procesa 10 mostre pe zi la [Manu] laborator.”

În cel mai recent lot de 76 de probe, au analizat conținutul stomacal a 27 de specii din 11 genuri de gândaci. Din acele 76 de mostre, ei au identificat ADN de maimuțe urlatoare, maimuțe păianjen, căprioare roșii, maimuțe de noapte, pecari, opossum, prepeliță de lemn cu sân rufos și două specii de armadillos. În mod ciudat, gândacii mâncaseră și aproximativ o duzină de specii de fructe, iar unul consumase polen de la o plantă tropicală numită syngonium.

Implicațiile ar putea fi vaste. „Gândacul de bălegar care a mâncat excrementele jaguarului ne va spune nu numai ADN-ul jaguarului, ci și ce mănâncă jaguarul”, a spus Lopera-Toro. „Dacă jaguarul ucide un pecari și mănâncă 80% din pecari, gândacii vor mânca o parte din celelalte 20%. Dacă un gândac trece peste o amprentă de jaguar sau peste saliva, ar putea exista urme de ADN de jaguar pe gândacul. Analizăm conținutul stomacului și exteriorul gândacului. Avem un număr infinit de opțiuni, oportunități și întrebări la care putem răspunde prin studierea acestor insecte mici. Putem vedea imaginea de ansamblu a ceea ce se întâmplă în junglă.”