वैज्ञानिक बता सकते हैं कि पानी में DNA पर आधारित मछली कहाँ रहती है | नवाचार | स्मिथसोनियन - लेख, नवाचार, प्रौद्योगिकी, विज्ञान, वन्य जीवन

महासागर का जीवन काफी हद तक देखने से छिपा है। क्या महंगा है, इसकी निगरानी करना - आमतौर पर बड़ी नावों, बड़े जाल, कुशल कर्मियों और बहुत समय की आवश्यकता होती है। एक उभरती तकनीक जिसे पर्यावरणीय डीएनए कहा जाता है, का उपयोग उन सीमाओं में से कुछ के आसपास हो जाता है, जो पानी की सतह के नीचे मौजूद एक त्वरित, सस्ती तरीका प्रदान करता है।

हडसन में कौन है, कब?

हमारे नए अध्ययन में, मेरे सहयोगियों और मैंने परीक्षण किया कि न्यू यॉर्क शहर के आसपास हडसन नदी के मुहाने में जलीय ईडीएनए कितनी अच्छी तरह से मछली का पता लगा सकता है। उत्तरी अमेरिका में सबसे भारी शहरीकृत मुहाना होने के बावजूद, पानी की गुणवत्ता में पिछले दशकों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, और इस मुहाना ने आंशिक रूप से कई मछली प्रजातियों के लिए आवश्यक निवास स्थान के रूप में अपनी भूमिका को पुनः प्राप्त किया है। एम्पायर स्टेट बिल्डिंग की साइट के भीतर, न्यूयॉर्क बंदरगाह की सीमाओं पर अटलांटिक मेन्शडेन के बड़े स्कूलों में खिलाए गए हम्पबैक व्हेल्स के नियमित रूप से गिरने की उपस्थिति से स्थानीय जल के स्वास्थ्य में सुधार हुआ है।

एकत्रित बाल्टी को नदी में फेंकने की तैयारी है। (मार्क स्टोकले, सीसी बाय-एनडी)

हमारा अध्ययन पानी के नमूनों पर डीएनए परीक्षण करके समुद्र की मछलियों के वसंत प्रवास की पहली रिकॉर्डिंग है। हमने जनवरी से जुलाई 2016 तक दो शहर के स्थलों पर एक लीटर (लगभग एक चौथाई) पानी के नमूने साप्ताहिक एकत्र किए। क्योंकि मैनहट्टन तटरेखा बख़्तरबंद और ऊंचा है, हमने पानी में एक रस्सी पर एक बाल्टी उछाली। विंटरटाइम नमूनों में बहुत कम या कोई मछली नहीं थी। अप्रैल की शुरुआत में मछली में लगातार वृद्धि देखी गई, जिसमें शुरुआती गर्मियों में प्रति नमूना लगभग 10 से 15 प्रजातियां थीं। ईडीएनए के निष्कर्षों ने बड़े पैमाने पर मछली पकड़ने के आंदोलनों के हमारे मौजूदा ज्ञान का मिलान किया, जो दशकों से पारंपरिक सीडिंग सर्वेक्षणों से जीता।

हमारे परिणाम जलीय ईडीएनए के "गोल्डीलॉक्स" गुणवत्ता को प्रदर्शित करते हैं - यह उपयोगी होने के लिए समय की सही मात्रा में पिछले लगता है। यदि यह बहुत जल्दी गायब हो जाता है, तो हम इसका पता नहीं लगा पाएंगे। यदि यह बहुत लंबे समय तक चलता है, तो हम मौसमी अंतरों का पता नहीं लगा पाएंगे और संभवतः कई मीठे पानी और खुले समुद्र की प्रजातियों के डीएनए के साथ-साथ स्थानीय मुहाना मछली के डीएनए भी खोज लेंगे। शोध से पता चलता है कि तापमान, धाराओं और इसी तरह के आधार पर घंटों से लेकर दिनों तक डीएनए का क्षय होता है।

कुल मिलाकर, हमने 42 स्थानीय समुद्री मछली प्रजातियों से मेल खाने वाले ईडीएनए प्राप्त किए, जिनमें स्थानीय (बहुतायत या सामान्य) प्रजातियों के अधिकांश (80 प्रतिशत) शामिल हैं। इसके अलावा, जिन प्रजातियों का हमने पता लगाया, उनमें प्रचुर मात्रा में या सामान्य प्रजातियां स्थानीय रूप से असामान्य लोगों की तुलना में अधिक बार देखी गईं। बहुतायत के संदर्भ में स्थानीय रूप से आम मछली की पारंपरिक टिप्पणियों का पता लगाने वाली प्रजातियों eDNA विधि के लिए अच्छी खबर है - यह मछली संख्याओं के सूचकांक के रूप में eDNA का समर्थन करती है। हम उम्मीद करते हैं कि हम अंततः सभी स्थानीय प्रजातियों का पता लगाने में सक्षम होंगे - बड़ी मात्रा में इकट्ठा करके, मुहाना में अतिरिक्त स्थलों पर और विभिन्न गहराई पर।

मछली की पहचान ईडीएनए के माध्यम से की जाती है

न्यूयॉर्क शहर की ईस्ट नदी से एक दिन के नमूने में ईडीएनए के माध्यम से मछली की पहचान की गई। (न्यूयॉर्क राज्य पर्यावरण संरक्षण विभाग: alewife (हेरिंग प्रजाति), धारीदार बास, अमेरिकी ईल, ममीचिग; मछली और खेल का मैसाचुसेट्स विभाग: काला समुद्री बास, ब्लूफिश, अटलांटिक सिल्वरसाइड; न्यू जर्सी स्कैविंग डाइविंग एसोसिएशन: ऑयस्ट)

स्थानीय समुद्री प्रजातियों के अलावा, हमने कुछ नमूनों में स्थानीय रूप से दुर्लभ या अनुपस्थित प्रजातियों को भी पाया। ज्यादातर हम मछली खाते थे - नील तिलपिया, अटलांटिक सामन, यूरोपीय समुद्री बास ("ब्रानज़िनो")। हम अनुमान लगाते हैं कि ये अपशिष्ट जल से आए हैं - भले ही हडसन क्लीनर है, सीवेज संदूषण जारी है। अगर इस मामले में डीएनए मुहाना में आ गया है, तो यह निर्धारित करना संभव हो सकता है कि कोई समुदाय अपने अपशिष्ट जल का परीक्षण करके संरक्षित प्रजातियों का उपभोग कर रहा है या नहीं। शेष एक्सोटिक्स हमें मिले मीठे पानी की प्रजातियां, आश्चर्यजनक रूप से कुछ ने हडसन वाटरशेड से खारे पानी के मुहाने में बड़े, दैनिक मीठे पानी के प्रवाह को देखते हुए।

प्रयोगशाला में मुहाना के पानी को छानना। (मार्क स्टोकले, सीसी बाय-एनडी)

नग्न डीएनए का विश्लेषण

हमारे प्रोटोकॉल आणविक जीव विज्ञान प्रयोगशाला में विधियों और उपकरणों के मानक का उपयोग करते हैं, और उदाहरण के लिए मानव माइक्रोबायोम का विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली समान प्रक्रियाओं का अनुसरण करते हैं।

संग्रह के बाद, हम एक छोटे ताकना आकार (0.45 माइक्रोन) फिल्टर के माध्यम से पानी के नमूने चलाते हैं जो जाल सामग्री को निलंबित कर देते हैं, जिसमें सेल और सेल टुकड़े शामिल हैं। हम फिल्टर से डीएनए निकालते हैं, और पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) का उपयोग करके इसे बढ़ाते हैं। पीसीआर एक विशेष डीएनए अनुक्रम "xeroxing" की तरह है, जिससे पर्याप्त प्रतियां बनाई जाती हैं ताकि इसे आसानी से विश्लेषण किया जा सके।

हमने माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए को लक्षित किया - माइटोकॉन्ड्रिया के भीतर आनुवंशिक पदार्थ, जो कोशिका की ऊर्जा उत्पन्न करता है। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए परमाणु डीएनए की तुलना में बहुत अधिक सांद्रता में मौजूद है, और इसलिए पता लगाने में आसान है। इसमें ऐसे क्षेत्र भी हैं जो सभी कशेरुक में समान हैं, जो हमारे लिए कई प्रजातियों को बढ़ाना आसान बनाता है।

मुहाना का पानी गुजरने के बाद ईडीएनए और अन्य मलबा फिल्टर पर छोड़ दिया गया। (मार्क स्टोकले, सीसी बाय-एनडी)

हमने प्रत्येक प्रवर्धित नमूने को टैग किया, नमूनों को जमा किया और अगली पीढ़ी के अनुक्रमण के लिए उन्हें भेजा। रॉकफेलर विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक और सह-लेखक ज़ाचरी चार्लोप-पॉवर्स ने जैव सूचनात्मक पाइपलाइन का निर्माण किया जो अनुक्रम गुणवत्ता का आकलन करता है और प्रत्येक नमूने में अद्वितीय अनुक्रमों और "पढ़ी गई संख्या" की एक सूची तैयार करता है। यही कारण है कि कितनी बार हमने प्रत्येक अद्वितीय अनुक्रम का पता लगाया।

प्रजातियों की पहचान करने के लिए, प्रत्येक अद्वितीय अनुक्रम की तुलना सार्वजनिक डेटाबेस जेनबैंक में की जाती है। हमारे परिणाम रीड नंबर मछली के अनुपात के अनुरूप हैं, लेकिन ईडीएनए और मछली के प्रचुरता के सटीक संबंध पर अधिक काम करने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, कुछ मछलियां दूसरों की तुलना में अधिक डीएनए बहा सकती हैं। मछली की मृत्यु दर, पानी का तापमान, अंडे और लार्वा मछली बनाम वयस्क रूपों के प्रभाव भी खेल में हो सकते हैं।

टेलीविजन अपराध शो की तरह, ईडीएनए पहचान एक व्यापक और सटीक डेटाबेस पर निर्भर करता है। एक पायलट अध्ययन में, हमने स्थानीय प्रजातियों की पहचान की जो जेनबैंक डेटाबेस से गायब थे, या अपूर्ण या बेमेल अनुक्रम थे। पहचान में सुधार करने के लिए, हमने मोनमाउथ विश्वविद्यालय में वैज्ञानिक संग्रह से 18 प्रजातियों का प्रतिनिधित्व करने वाले 31 नमूनों और चारा भंडार और मछली बाजारों से अनुक्रम किया। यह काम बड़े पैमाने पर छात्र शोधकर्ता और न्यू यॉर्क शहर के जॉन बोने हाई स्कूल के वरिष्ठ लेखक कूबोव सोबोलेवा द्वारा किया गया था। हमने जेनबैंक में इन नए अनुक्रमों को जमा किया, जिससे हमारी स्थानीय प्रजातियों का लगभग 80 प्रतिशत डेटाबेस का कवरेज बढ़ गया।

मैनहट्टन में अध्ययन के संग्रह स्थल। (मार्क स्टोकले, सीसी बाय-एनडी)

हमने मछली और अन्य कशेरुकियों पर ध्यान केंद्रित किया। अन्य शोध समूहों ने अकशेरुकी जलीय ईडीएनए दृष्टिकोण लागू किया है। सिद्धांत रूप में, तकनीक एक विशेष निवास स्थान में सभी जानवरों, पौधों और सूक्ष्म जीवों की विविधता का आकलन कर सकती है। जलीय जानवरों का पता लगाने के अलावा, ईडीएनए आस-पास के जलक्षेत्रों में स्थलीय जानवरों को दर्शाता है। हमारे अध्ययन में, न्यूयॉर्क शहर के पानी में पाया जाने वाला सबसे आम जंगली जानवर भूरा चूहा था, जो एक सामान्य शहरी नागरिक था।

भविष्य के अध्ययनों से स्वायत्त वाहनों को नियमित रूप से दूरस्थ और गहरी साइटों पर नियोजित करने में मदद मिल सकती है, जिससे हमें समुद्र के जीवन की विविधता को बेहतर ढंग से समझने और प्रबंधित करने में मदद मिलेगी।

यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।

मार्क स्टोकेले, मानव पर्यावरण के लिए कार्यक्रम में वरिष्ठ अनुसंधान सहयोगी, रॉकफेलर विश्वविद्यालय