How we can detect pretty much anything - Hélène Morlon and Anna Papadopoulou

المترجم: omar idmassaoud المدقّق: Shimaa Nabil

For years, scientists have been staking out this remote forest in Montana

سعى العلماء لسنوات في هذه الغابة النائية في مونتانا

for an animal that’s notoriously tricky to find.

بحثًا عن حيوان من الصعب العثور عليه.

Camera traps haven’t offered definitive evidence,

لم تقدم الكاميرات المخبأة أدلة قاطعة

and even experts can't identify its tracks with certainty.

وحتى الخبراء لا يمكنهم تحديد مساراتها على وجه اليقين.

But within the past decades,

لكن في العقود الماضية،

researchers have developed methods that can detect even the most elusive species.

طور الباحثون طرقًا تمكنهم من اكتشاف حتى الحيوانات الأكثر تملصًا.

And so, in 2018, these scientists took a sample from some conspicuous snow tracks.

ومن ثم في عام 2018، أخذ هؤلاء العلماء عينة من آثار مشبوهة في الثلج.

Lab tests showed conclusive results:

أخرجت الاختبارات المعملية نتائج قاطعة:

the Canada lynx was indeed present in the area.

من دون شك، كان الوشق الكندي موجودًا في المنطقة.

Without seeing the cat, scientists had proof it was there

امتلك العلماء الدليل على وجود القط وإن لم يروه

because of environmental DNA or eDNA.

وذلك بفضل الحمض النووي البيئي.

Using a technique called DNA metabarcoding,

باستخدام تقنية تسمى الترميز الشريطي للحمض النووي

researchers can take a sample from the environment

يستطيع الباحثون أخذ عينة من البيئة

and learn which organisms are in it or have recently passed through it.

واستنباط ما يتواجد فيها من كائنات حية أو تلك التي مرت منها مؤخرًا.

The world is covered in DNA.

العالم مفروش بالحمض النووي.

It’s all around us—

فهو في كل ما يحيط بنا،

on the ground, at the bottom of the ocean, and up in the clouds.

على الأرض وفي قاع المحيط وبين السحاب.

Multicellular organisms are constantly shedding cells.

تطرح الكائنات متعددة الخلايا خلاياها باستمرار.

But until recently, eDNA wasn’t very useful to us.

ولكن حتى وقت قريب، لم يكن الحمض النووي البيئي ذا نفع لنا.

Traditional scientific techniques couldn’t parse environmental samples

لم تتمكن التقنيات العلمية التقليدية تحليل العينات البيئية

containing mixed genetic material from multiple species.

المحتوية على مزيج من مواد وراثية من أنواع متعددة.

But DNA metabarcoding can.

لكن يمكن لتقنية الترميز الشريطي للحمض النووي أن تحللها.

DNA begins to degrade once it’s exposed to the environment.

يبدأ الحمض النووي في التحلل بمجرد سقوطه في البيئة.

In the ocean, for example, it may only persist for a few days.

فمثلاً قد يبقى سليمًا في المحيط لبضعة أيام لا أكثر.

So in many contexts, eDNA is useful for telling us about the recent past.

ومنه فالحمض النووي البيئي قد يكون مفيدًا

للكشف عن خبايا الماضي القريب في عديد السياقات.

The process of DNA metabarcoding starts with an environmental sample

تبدأ عملية الترميز الشريطي للحمض النووي بأخذ عينة من البيئة

like a core of soil, a vial of water, some feces, an insect trap,

سواء حفنة من التراب أو دَورَق ماء أو غيضًا من براز أو مصيدة حشرات،

or even the blood from leeches’ stomachs.

أو حتى الدم من معدة العلقات.

Researchers then sift out everything aside from DNA by blending the sample up

بعد ذلك يُغربِل الباحثون كل شيء لعزل الحمض النووي وذلك بمزج العينة

and using enzymes that break down cellular proteins and release DNA,

واستخدام الإنزيمات التي تكسر البروتينات الخلوية فيتسرب منها الحمض النووي،

which they purify.

ثم يزيلون ما يشوبه.

The result is a “soup” of all the DNA in the sample.

والنتيجة هي "حساء" من كل الحمض النووي في العينة.

Scientists then apply the polymerase chain reaction or PCR,

ثم يطبق العلماء تفاعل البلمرة التسلسلي،

which uses artificial DNA strands called universal primers.

وفيه تُستخدم جديلات حمض نووي اصطناعية تسمى المشرعات الشاملة.

These primers bind to DNA sequences that are similar across species,

ترتبط هذه المشرعات بتسلسلات الحمض النووي الموجودة في كل الأنواع،

then amplify genetic barcodes that are species-specific.

ثم تعمل على تضخيم الترميز الجيني الخاص بكل نوع.

High-throughput sequencing then reads millions of these DNA fragments,

يُفحص التسلسل بدقة ثم تُقرأ ملايين أجزاء الحمض النووي هذه،

simultaneously.

في الوقت ذاته.

And finally, researchers compare them to reference databases

وفي الأخير يقارنها الباحثون بقواعد البيانات المرجعية

and identify how many and which species are present—

ويحددون الأنواع الموجودة وعددها-

or if they’ve found entirely new ones.

أو إذا وجدوا أنواع جديدة تمامًا.

This method has led to the discovery of tens of thousands of species

نتج بفضل هذه الطريقة اكتشاف عشرات الآلاف من الأنواع

over the past decade.

خلال العقد الماضي.

While metabarcoding can detect elusive animals like the Canada lynx,

يمكن لعملية الترميز الشريطي اكتشاف الحيوانات المتملصة كالوشق الكندي،

it can also help scientists identify invasive species.

كما يمكنها أن تساعد العلماء في تحديد الأنواع الغازية.

In Yosemite, researchers used eDNA to track and remove invasive bullfrogs.

استخدم الباحثون في متنزه يوسمايت الحمض النووي البيئي

لتتبع وإزالة الضفادع الأمريكية الغازية.

Once no trace of these amphibians remained,

بمجرد اختفاء كل أثر لهذه البرمائيات،

they reintroduced a threatened native species, California red-legged frogs,

أعادوا جلب الأنواع المحلية المهددة، أي الضفادع الكاليفورنية حمراء الأرجل،

which had disappeared from the area some 50 years prior.

التي اختفت من المنطقة قبل 50 عاما تقريبًا.

Likewise, DNA metabarcoding can be used to monitor biodiversity.

وبالمثل، يمكن استخدام عملية ترميز الحمض النووي لرصد التنوع البيولوجي.

For example, using traditional approaches,

فعند استخدام الأساليب التقليدية مثلاً،

categorizing all of the insects in a hectare of rainforest can take decades.

قد يستغرق تصنيف جميع الحشرات في هكتار واحد من الغابات المطيرة عقودًا.

But DNA from insect traps could yield these results in just a few months.

لكن الحمض النووي المأخوذ من مصائد الحشرات

يمكن أن يعطي هذه النتائج في غضون بضعة أشهر فقط.

One study compared insects from adjacent forest and plantation sites

قارنت إحدى الدراسات الحشرات من غابة وأراضي المزارع متاخمة لبعضها

within China’s Yunnan province.

داخل مقاطعة يونان الصينية.

It quickly found that not only were plantations less diverse,

سرعان ما وجدت أن المَزارع لم تكن أقل تنوعًا فحسب،

but deforestation affected insect groups unequally.

بل إن إزالة الغابات أثرت على نحو غير متساو على مجموعات الحشرات.

Grasshoppers thrived in cleared areas while specialist forest beetles declined.

ازدهرت الجنادب في الأراضي المُستحدثة بينما تناقصت أعداد خنافس الغابات.

Using eDNA, scientists are able to investigate

باستخدام الحمض النووي البيئي يمكن للعلماء التحقيق

complex ecosystem interactions.

في تفاعلات النظام البيئي المعقدة.

Tracking thousands of insects as they visit flowers is impossible.

من المستحيل تتبع آلاف الحشرات أثناء زيارتها للزهور.

Instead, researchers can study the DNA left on flowers and insects

بدلاً من ذلك، يمكن للباحثين دراسة الحمض النووي المتروك على الزهور والحشرات

to map pollination networks.

لرسم خرائط لشبكات التلقيح.

Before these techniques were available, we didn’t really know how much pollination

قبل أن كانت هذه التقنيات متاحة، لم نكن متيقنين من مقدار التلقيح

was happening at night because we couldn’t observe it.

الذي يتم في الليل لأننا لم نتمكن من مراقبة حيثياته.

Now scientists understand that moths are important nocturnal pollinators.

يفهم العلماء الآن أن حشرات العث ملقحات ليلية مهمة.

eDNA can even tell stories of long extinct species.

يمكن للحمض النووي البيئي أن يروي قصص الأنواع التي انقرضت منذ فترة طويلة.

Cold, dry, and low oxygen conditions are perfect for preserving genetic material.

تعد الظروف الباردة والجافة وقليلة الأكسجين مثالية للحفاظ على المادة الوراثية،

By digging deep into the Arctic permafrost,

من خلال الحفر في أعماق التربة الصقيعية في القطب الشمالي

researchers found 50,000 year old DNA,

عثر الباحثون على حمض نووي عمره 50 ألف عام،

which they matched to the nutrient-rich plants

ووجدوه مشابهًا لحمض النباتات الغنية بالمغذيات

found in the stomachs of woolly mammoths.

التي عُثر عليها في معدة الماموث الصوفي.

With eDNA, they also found that less nutritious grasses

بواسطة الحمض النووي البيئي وجدوا أن أعشابًا أقل مدًا بالغذاء

colonized the Arctic steppe during the last ice age,

استوطنت سهوب القطب الشمالي خلال العصر الجليدي الأخير،

potentially contributing to the mammoth decline.

ويحتمل أنها ساهمت في الانخفاض المهول لأعداد الماموث.

As we face another period of climate change—

ونحن على شفير فترة أخرى من تغير المناخ

this time due to human activities—

-هذه المرة بسبب الأنشطة البشرية-

understanding our planet’s rapidly shifting biodiversity

سيكون فهم التغير السريع في التنوع البيولوجي في كوكبنا

will be crucial to protecting it.

أمرًا بالغ الأهمية لحمايته.

Fortunately, eDNA and metabarcoding

لحسن الحظ، يوفر لنا الحمض النووي البيئي والترميز الشريطي

give us the tools to document rapid change in real time.

الأدوات اللازمة لتوثيق التغيير السريع فور حدوثه.