कैसे वैज्ञानिक वन्यजीव रहस्यों को सुलझाने के लिए बचे हुए डीएनए के नन्हे बिट्स का उपयोग करते हैं

नील जेम्मेल के पास नेसी द लूच नेस मॉन्स्टर का ठिकाना खोजने की एक गुप्त योजना है।

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नहीं, वास्तव में, उसने यह सोचा है। यदि लूप में कुछ बड़ा और अजीब सा रहता है, तो यह डीएनए की तरह कोशिकाओं से भरा होता है जैसे कि कुछ और। शायद यह बहुत कुछ। और भले ही हमारे पास संदर्भ पुस्तकालय में कोई डिनो-डीएनए नहीं है, न्यूजीलैंड के ओटागो विश्वविद्यालय में जीनोमिक्स के प्रोफेसर जेम्मेल के खिलाफ नमूनों की जांच करने के लिए, हम कहते हैं कि हमें यह जानना चाहिए कि क्या यह बताना चाहिए। एक स्कॉटलैंड के वर्तमान स्कॉटलैंड में रहने वाले।

आप सभी की जरूरत है, यह निर्धारित करने के लिए एक तरीका है कि क्या उन पानी की गहराई में चारों ओर तैरता हुआ कोई डीएनए है। EDNA दर्ज करें। नहीं, यह डीएनए का इलेक्ट्रॉनिक संस्करण नहीं है। सबसे सरल शब्दों में, ईडीएनए वह है जो वैज्ञानिक प्राणी के बजाय पर्यावरण से प्राप्त किसी भी आनुवंशिक पदार्थ को कहते हैं। और जबकि ईडीएनए तकनीकी रूप से मिट्टी या हवा में छिपा हुआ पाया जा सकता है, पानी एक विशेष रूप से आसान माध्यम है क्योंकि इसे इतनी आसानी से एकत्र, तनाव और कम किया जा सकता है।

अपने पिछवाड़े की धारा से पानी का एक गिलास स्कूप करें और इसे प्रकाश तक पकड़ें। वे गंदे, घूमते पानी जीवन के अदृश्य निशान से भरे हैं। मॉल में डंकी गोल्डफ़िश तालाब से लेकर समुद्र के किनारे की लहरों तक, हर शरीर का पानी खस्ताहाल कोशिकाओं से भरा होता है। क्या अधिक है, वैज्ञानिकों ने हाल ही में विधियों को तैयार किया है, जिसके द्वारा वे डीएनए के दृश्यों को उस घोल में बहा सकते हैं, जो एक नीले केकड़े, एक नीली व्हेल या यहां तक ​​कि एक लोस नेस मॉन्स्टर के बीच अंतर करने के लिए होता है - कभी भी जानवर पर नज़र रखे बिना।

बहुतायत से स्पष्ट होने के लिए, Gemmell Loch Ness में प्लेसीओसौर खोजने की संभावना पर दांव नहीं लगा रहा है। लेकिन वह हमें नई संरक्षण रणनीतियों को विकसित करने में मदद करने के लिए ईडीएनए की शक्ति पर दांव लगाने के लिए तैयार है, और यहां तक ​​कि हमारे समय के सबसे लगातार पारिस्थितिक रहस्यों को हल करने में मदद करता है।

इस तकनीक की क्षमता बहुत बड़ी है: क्रोएशिया में, वैज्ञानिक इसका उपयोग एक अंधे, रंगहीन जलीय सैलामैंडर, जिसे गुफा ड्रैगन, या ओलम के नाम से जाना जाता है, की खोज के लिए कर रहे हैं। अमेरिकी दक्षिणपूर्व में, eDNA हमें बता रहा है कि कितने विशालकाय, गुप्त उभयचर जिन्हें हेलबेंडर्स के रूप में जाना जाता है, ने अपनी ऐतिहासिक सीमा में गिरावट की है। एशिया में, शोधकर्ताओं ने सिर्फ यह साबित किया कि जापानी समुद्र के जाल की तरह जेलीफ़िश का अध्ययन करने के लिए ईडीएनए को भी नियोजित किया जा सकता है। और ऑस्ट्रेलिया में, वैज्ञानिकों ने पाया है कि लुप्तप्राय मैक्वेरी पर्च में स्पाविंग गतिविधि का अध्ययन करने के लिए इसी तरह के assays का उपयोग किया जा सकता है।

"मैं वास्तव में उस व्यक्ति के रूप में जाना नहीं चाहता, जो लुक नेस मॉन्स्टर की तलाश में है, " जेमेल कहते हैं। "लेकिन मुझे लगता है कि यह लोगों को ईडीएनए के बारे में बात करने के लिए एक शानदार हुक है।"

10 मई, 2016 को मध्य चीन के हुबेई प्रांत के वुहान में चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के तहत इंस्टीट्यूट ऑफ हाइड्रोबायोलॉजी में एक यांग्त्ज़ी फ़ाइनलीज़ पर्पोज़िस, वैज्ञानिकों के अनुसार, मौजूदा फ़िनलेस पैरोइज़ की आबादी 1, 000 से कम है। (सिन्हुआ / आलमी)

आपको इस बात का अंदाजा लगाने के लिए कि ईडीएनए कैसा दिखता है, कल्पना कीजिए कि आप रोटी बना रहे हैं और आपने काउंटर पर आटे का एक गुच्छा बिखेर दिया है। जब आप थोड़ी देर के लिए पाव को गूंधते हैं, तो उस धूल का थोड़ा सा हिस्सा बचा रहता है? रॉकडेलर यूनिवर्सिटी के मानव पर्यावरण के कार्यक्रम के वरिष्ठ शोधकर्ता मार्क स्टोकेले कहते हैं कि मूल रूप से वह हडसन नदी से निकाले गए एक लीटर पानी से निकाल सकते हैं। केवल eDNA को ही सफेद नहीं किया गया है। यह भूरा-भूरा है।

और ऐसे जानवर जो नेल्ली के रूप में काल्पनिक नहीं हैं, उनके लिए यह भूरा मटेरियल असली वादा है। वैज्ञानिक साहित्य को देखें और आप पाएंगे कि गंभीर प्रजातियों के व्यवहार और जनसंख्या की गतिशीलता को बेहतर ढंग से समझने के लिए eDNA का उपयोग दुनिया भर में पहले से ही किया जा रहा है।

एक उदाहरण है यांग्त्ज़ी फ़िनलेस पर्पोज़, अध्ययन करने के लिए एक कुख्यात कठिन विषय। शुरुआत के लिए, अस्तित्व में 1, 050 से भी कम जानवर बचे हैं, इस प्रजाति को प्रकृति के संरक्षण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संघ द्वारा गंभीर रूप से संकटग्रस्त स्थिति में अर्जित किया गया है। क्या अधिक है, porpoises (जैसा कि उनके नाम से पता चलता है) में पृष्ठीय पंख की कमी होती है, जिसका अर्थ है कि वे सांस लेने के लिए आने पर सतह को मुश्किल से तोड़ते हैं, और उनकी त्वचा उसी गहरे धूसर रंग की होती है जैसे वे पानी में रहते हैं।

"मैं ईमानदारी से कह सकता हूं कि मैंने कभी किसी को जंगल में नहीं देखा है, " यूनिवर्सिटी ऑफ एम्स्टर्डम इंस्टीट्यूट ऑफ बायोडायवर्सिटी एंड इकोसिस्टम डायनेमिक्स के जीवविज्ञानी कैथरीन स्टीवर्ट कहते हैं। लेकिन ईडीएनए के लिए धन्यवाद, जो स्टीवर्ट को इस गूढ़ प्रजातियों का अध्ययन करने से नहीं रोकता है। "ईडीएनए का उपयोग करके, हम व्यापक और सटीक नमूनाकरण के लिए आवश्यक लागत और समय में कटौती करने में सक्षम हैं, जो हमेशा संरक्षण कार्य के लिए एक चिंता का विषय है, विशेष रूप से विकासशील देशों में जहां प्राथमिकता और पैसा अक्सर कम होता है, " वह कहती हैं।

अंत में, लक्ष्य यह पता लगाना है कि कौन से कारक पौरोइज़ की गिरावट में सबसे अधिक योगदान दे रहे हैं — और जल्दी। IUCN के अनुसार, प्रजाति अगले तीन पीढ़ियों के भीतर विलुप्त होने के एक "अत्यंत उच्च" जोखिम पर है। बांध, गिल जाल और बढ़ी हुई नाव यातायात सभी अच्छे दांव की तरह लगते हैं, लेकिन जानवरों को ट्रैक करने के लिए कितना कठिन है, यह देखते हुए। यह ज्ञात करना असंभव है कि प्रजातियों की अंतिम पकड़ कहाँ है और इन क्षेत्रों को नदी के विशाल हिस्सों की तुलना में अधिक रहने योग्य बनाता है जहां समुद्री स्तनधारियों को फेंकना पड़ता था।

अब, स्टीवर्ट ईडीएनए के लिए विकासशील तरीकों की दिशा में काम कर रहा है ताकि न केवल यह पता चल सके कि कोई प्रजाति मौजूद है या अनुपस्थित है, बल्कि यह कि पानी की एक विस्तृत मात्रा में प्रजातियां कितनी प्रचुर हो सकती हैं। इन परिणामों को तब अन्य सूचनाओं के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, कुछ विशेष प्रकार की प्रजातियों की उपस्थिति, या मानव निवास के साथ घने क्षेत्रों के लिए निकटता - यह निर्धारित करने के लिए कि यांग्त्ज़ी फ़िनिश पौरोइज़ सबसे अच्छी स्थिति को किस स्थिति में सहन कर सकता है।

स्टीवर्ट कहते हैं, '' जाहिर तौर पर बहुत दर्दभरा काम है, जो अलग-अलग प्रजातियों और वातावरण के लिए ईडीएनए तकनीकों के अनुकूलन में जाता है, '' लेकिन अधिकांश भाग के लिए, यह एक बहुत बड़ा कदम है- एक क्रांति अगर आप जीव विज्ञान के संरक्षण के लिए हैं। ''

जबकि न्यूयॉर्क की हडसन नदी जैव विविधता के गढ़ की तरह नहीं लग सकती है, यह ईडीएनए शोधकर्ताओं के लिए एक विशेष रूप से दिलचस्प और चुनौतीपूर्ण पारिस्थितिकी तंत्र है। (गेविन हेलियर / आलमी)

डीएनए विरोधाभासों का एक अणु है। कुछ मायनों में, यह प्रभावशाली रूप से हार्डी है, सैंकड़ों-हज़ारों साल तक जीवित रहने के बाद ठोस चट्टान या गहरे समुद्र में पाए जाने वाले तापमान के आसपास पाए जाने वाले तापमान में वृद्धि होती है, (हालांकि, जुरासिक पार्क के प्रशंसक नहीं, यह शायद एम्बर-इनक्रेडेड कीड़ों में जीवित नहीं रह सकता है लाखों वर्षों के लिए)। अन्य तरीकों से, यह बेहद नाजुक है: डीएनए को सूरज की रोशनी, पानी की अशांति और कुछ रसायनों द्वारा भी तोड़ा जा सकता है।

लेकिन जब आप इसके ठीक नीचे पहुँच जाते हैं, तो कौन सी गुणवत्ता जीत जाती है?

यही सवाल रॉकफेलर यूनिवर्सिटी के स्टोकले और उनके सहयोगियों ने पिछले साल जवाब देने के लिए किया था। टीम ने न्यूयॉर्क शहर की दो नदियों से साप्ताहिक पानी के नमूने एकत्र करने में छह महीने बिताए, यह देखने के लिए कि ईडीएनए हमारे भीतर रहने वाली मछली प्रजातियों के बारे में हमें क्या बता सकता है। बिग एप्पल पृथ्वी पर सबसे प्राचीन या रंगीन जलीय आवासों में से एक के रूप में सबसे अधिक हड़ताल नहीं कर सकता है, लेकिन स्टोकले कहते हैं कि मीठे पानी और खारे पानी के सभी विशेष रूप से दिलचस्प, और चुनौतीपूर्ण, अध्ययन के लिए ईडीपी परीक्षण के लिए बनाता है।

स्टोकेले जानना चाहते थे: क्या डीएनए इतना मजबूत है कि एक बंदरगाह का नमूना लेने से पहाड़ के हेडवाटर और रिवरबैंक्स से तटीय मुहाने, खुले महासागर और गहरे समुद्र में प्रजातियों की एक चक्करदार सरणी वापस आ जाएगी? या क्या डीएनए इतना नाजुक था कि इसका विश्लेषण करने से पहले ही हम इसे गायब या ख़राब कर सकते थे? जैसा कि यह पता चला है, जवाब बीच में है।

"न केवल हमें सही प्रकार की मछली मिली, बल्कि हमने उन्हें सही समय पर पाया, " स्टोकेले कहते हैं। “सर्दियों में, जब मछुआरे आपको बताएंगे कि यह पानी में लाइन लगाने लायक नहीं है, तो हमें बहुत कम या कोई मछली नहीं मिलती है। फिर, अप्रैल और मई में शुरू होने पर, हम गर्मियों के मध्य तक मछली के डीएनए की लगातार बढ़ती वसूली प्राप्त करते हैं जब आपको औसत नमूने में 10 से 15 प्रजातियां मिलती हैं। ”

दूसरे शब्दों में, इस अप्रैल में पत्रिका PLOSONE में प्रकाशित स्टोकेले के निष्कर्षों ने पुष्टि की कि हम न्यूयॉर्क के बंदरगाह में मछली के प्रवास के बारे में पहले से ही जानते थे: उदाहरण के लिए, कि काला सागर बास सर्दियों में अपतटीय स्थानांतरित करता है और वसंत में बंदरगाह पर लौटता है।

और यह महत्वपूर्ण है। हालांकि अध्ययन में शायद बहुत अधिक सुर्खियां मिली होंगी, लेकिन उन्होंने पाया कि मगरमच्छ के डीएनए को सीवरों (या नेसी!) से बाहर निकलते हुए पाया गया था, ये परिणाम अधिक महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे अपेक्षित हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि eDNA अभी भी एक अपेक्षाकृत नया उपकरण है, और यदि इसे गंभीरता से लिया जा रहा है, तो इसे एक दिन प्रतिस्थापित करने के तरीकों से एकत्र किए गए विश्वसनीय डेटा के खिलाफ कैलिब्रेट किया जाना चाहिए।

लेकिन शायद ईडीएनए द्वारा पेश किया गया सबसे बड़ा वादा? वैज्ञानिकों के लिए पागल-शांत विज्ञान को एक पागल-सस्ते मूल्य बिंदु पर संचालित करने की क्षमता।

न्यूयॉर्क शहर की ईस्ट नदी का दृश्य, स्टोकले के संग्रह स्थलों में से एक। (मार्क स्टोकले)

मछली के पलायन के बारे में हम जो जानते हैं, उसमें से अधिकांश टन के टपकने से आता है और जो ऊपर आता है उसे उठाता है, या जो नीचे चल रहा है उसका स्नैपशॉट बनाने के लिए सोलर पिंग का उपयोग करता है। छोटी नदियों और नदियों में, वैज्ञानिक विद्युतीकृत वैंड का उपयोग मछली और अन्य जलीय जीवों के लिए कर सकते हैं, जिससे वे यहां तक ​​कि सबसे कमजोर जीवों के अपेक्षाकृत गहन सर्वेक्षण कर सकते हैं। लेकिन इन सभी तरीकों के लिए बड़ी मात्रा में दो चीजों की आवश्यकता होती है: समय और पैसा।

"हर कोई जो समुद्री जीवन का सर्वेक्षण करता है, नमूनाकरण की आवृत्ति और घनत्व को बढ़ाना चाहेगा, " जेसी आसुबेल, जनगणना और समुद्री जीवन की जनगणना के नेताओं में से एक कहती हैं। लेकिन आशुबेल का कहना है कि एक जहाज को किराए पर लेने के लिए प्रति दिन $ 10, 000 और $ 150, 000 के बीच खर्च हो सकता है, जो गंभीर रूप से सीमित करता है कि वैज्ञानिक कितनी बार अपने जाल को गिरा सकते हैं या अपने सोनार उपकरणों को चालू कर सकते हैं।

"परिणाम है कि हम क्या जानते हैं, में भारी अंतराल हैं, " आशुबेल, जो मानव पर्यावरण के लिए रॉकफेलर विश्वविद्यालय के कार्यक्रम के निदेशक भी हैं, जहां वह समूह स्टेकले का नेतृत्व करते हैं।

सौभाग्य से, डीएनए अनुक्रमण तकनीक में हालिया प्रगति ने eDNA assays से जुड़ी लागतों को लगभग $ 50 प्रति नमूना नीचे लाया है। इसका मतलब यह है कि वैज्ञानिक नमूनों को इकट्ठा कर सकते हैं और अधिक बार सर्वेक्षण कर सकते हैं, क्योंकि वे पारंपरिक निगरानी विधियों का उपयोग करने में सक्षम होंगे। और इसके भौतिक लक्षणों के आधार पर एक प्रजाति की पहचान करने के विपरीत - एक मुश्किल कौशल जिसे अनुभव के भार की आवश्यकता होती है और अभी भी झूठे डेटा का उत्पादन कर सकता है - ईडीएनए नमूने थोड़े से प्रशिक्षण और बाँझ कंटेनर के साथ किसी के द्वारा आसानी से इकट्ठा किए जा सकते हैं।

अंत में, ट्राउलिंग, सोनार या इलेक्ट्रोफिशिंग के विपरीत, ईडीएनए नमूनाकरण वस्तुतः प्रभाव-कम है। यह तकनीक को विशेष रूप से उन प्रजातियों के सर्वेक्षण के लिए अपील करता है जो पहले से ही रस्सियों पर हैं। स्टीवर्ट के लिए, यह eDNA का उपयोग करने के बारे में सबसे अच्छी चीजों में से एक है: यह उसे अपने आवासों के लिए और भी अधिक नाव यातायात को जोड़ने के बिना यांग्त्ज़ी porpoises के बारे में सवाल पूछने की अनुमति देता है।

स्टीवर्ट बताते हैं कि विकासशील देशों के लिए ईडीएनए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो सकता है, क्योंकि उनके पास अक्सर उच्च स्तर की क्षतिपूर्ति होती है और प्रजातियों के नुकसान के लिए बढ़े हुए जोखिम होते हैं जबकि संरक्षण में निवेश करने के लिए कम संसाधन होते हैं। "हालांकि हम जितना संभव हो उतनी जैव विविधता की रक्षा करना चाहते हैं, वास्तविकता यह है कि हमें संरक्षण के लिए और कहाँ और कैसे फंडिंग करना है, इस बारे में कठोर निर्णय लेने की आवश्यकता है।" और ईडीएनए के साथ, हम उन सीमित निधियों को और भी आगे बढ़ा सकते हैं।

इसके अलावा, ज्ञात जानवरों के संरक्षण से परे, ईडीएनए जीवविज्ञानी हमारी नाक के नीचे छिपी प्रजातियों को तैरने में मदद कर सकता है। कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के एक जीवविज्ञानी डेविड लॉज और एटकिंसन सेंटर फॉर ए सस्टेनेबल फ्यूचर के निदेशक ने अफ्रीका के बड़े पैमाने पर अभी तक अल्प-खोज की गई लेक टैंगानिका जैसी पारिस्थितिकी प्रणालियों में इस तकनीक का उपयोग करने की क्षमता को इंगित किया है। जबकि शोधकर्ताओं को पता है कि झील विभिन्न चिक्लिड मछलियों के साथ है, वहाँ अभी भी कई प्रजातियों अभी भी अनदेखा है।

लॉज ने स्मिथसोनियन अर्थ ऑप्टिमिज्म समिट के दौरान कहा कि हम इस महीने की शुरुआत में डार्क वैरायटी को उजागर करेंगे, जिसमें वहां की प्रजातियों का वर्णन नहीं किया जाएगा।

स्टोकेले के अनुसार, सीप टॉडफ़िश, "आकर्षक बदसूरत" प्रजाति आमतौर पर न्यूयॉर्क के बन्दरगाहों में पाई जाती है। (Barrierislandnaturalist)

इस बीच, जेममेल जैसे विचार में रुचि पैदा कर रहे हैं। जेमेल का कहना है कि नेस्सी की तलाश के लिए eDNA का इस्तेमाल करने के बारे में कुछ ट्वीट्स के बाद, उन्होंने पिछले दो हफ्तों में न्यूज़ीलैंड में किए गए असली eDNA के काम में अधिक दिलचस्पी दिखाई, जबकि दो साल में उन्हें डिटेल्ली कलेक्शन और डॉक्यूमेंटेशन के नमूने देखने को मिले।

इस तरह से वास्तविक ईडीएनए कार्य, न्यूजीलैंड के जलमार्गों में पकड़ लेने से पहले आक्रामक समुद्री शैवाल और ट्यूनिक का पता लगाने के लिए ईडीएनए का उपयोग करना शामिल है। अभी, हम वास्तव में केवल ऐसे प्राणियों के बारे में जानते हैं जो एक बार पकड़ चुके हैं। लेकिन अगर जलमार्गों के नियमित ईडीएनए परीक्षण से ऐसे प्राणियों की मौजूदगी का पता चलता है, तो हम आक्रमण शुरू होने से पहले ही आक्रमण को रोकने में सक्षम हो सकते हैं।

दुर्भाग्य से, स्कॉटिश राक्षस शिकार को तब तक इंतजार करना होगा जब तक कि कोई व्यक्ति कुछ फंडिंग नहीं करना चाहता। लेकिन स्टोकेले का कहना है कि वह इस विचार से प्यार करते हैं, और इसके लिए कोई तकनीकी सीमा नहीं देखते हैं कि यह काम क्यों नहीं करेगा। "एकमात्र समस्या, " स्टोकेले कहते हैं, "क्या Loch Ness Monster वास्तव में मौजूद है।"

और अगर वह नहीं है? यह एक समस्या भी है eDNA- उपज वैज्ञानिक हल नहीं कर सकते हैं।