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

Translator: rokhshid r Reviewer: sadegh vn

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

برای سال‌ها دانشمندان این منطقه‌ی جنگلی دور‌افتاده در مونتانا را

for an animal that’s notoriously tricky to find.

برای یافتن جانوری که پیدا کردن آن بسیار مشکل است، زیر نظر گرفته‌اند.

Camera traps haven’t offered definitive evidence,

دوربین‌های تله‌ای مدرک قطعی‌ای ارائه نداده‌اند

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

و حتی کارشناسان هم نمی‌توانند ردپایش را با اطمینان شناسایی کنند.

But within the past decades,

اما در طی دهه‌های گذشته،

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

با توسعه‌ی روش‌های نوین، دانشمندان می‌توانند محتاط‌ترین گونه‌ها را هم بیابند.

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

بنابراین در سال ۲۰۱۸، این محققان نمونه‌ای از ردپاهای به‌جا‌مانده در برف گرفتند.

Lab tests showed conclusive results:

آزمایش‌ها نتایجی قطعی نشان دادند:

the Canada lynx was indeed present in the area.

وَشَقْ کانادایی در آن منطقه حضور داشت.

Without seeing the cat, scientists had proof it was there

به کمک دی‌ان‌ای و eDNA (دی‌ان‌ای محیطی)، دانشمندان بدون دیدن این گربه‌سان،

because of environmental DNA or eDNA.

مدرکی از حضورش در محیط داشتند.

Using a technique called DNA metabarcoding,

با استفاده از روشی به نام متابارکدینگِ دی‌ان‌ای

researchers can take a sample from the environment

پژوهشگران می‌توانند نمونه‌ای را از محیط گرفته و دریابند

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

که چه جاندارانی در نمونه وجود دارند و یا به تازگی از محل عبور کرده‌اند.

The world is covered in DNA.

جهان با دی‌ان‌ای پوشیده شده است.

It’s all around us—

دی‌ان‌ای همه‌جا وجود دارد؛

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

روی زمین، ته اقیانوس و در ابرها.

Multicellular organisms are constantly shedding cells.

سلول‌های جانداران پرسلولی دائما می‌ریزد.

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

اما تا چندی پیش، eDNA برای ما قابل‌استفاده نبود.

Traditional scientific techniques couldn’t parse environmental samples

روش‌های معمول علمی نمی‌توانستند نمونه‌های محیطی حاوی

containing mixed genetic material from multiple species.

ترکیب مواد ژنتیکی گونه‌های گوناگون را تفکیک کند.

But DNA metabarcoding can.

اما متابارکدینگ دی‌ان‌ای می‌تواند.

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

دی‌ان‌ای به‌‌محض قرار‌گرفتن در محیط اطراف شروع به تجزیه شدن می‌کند.

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

مثلا در اقیانوس، دی‌ان‌ای تنها چند روز در محیط باقی می‌ماند.

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

بنابراین در بسیاری از موارد، eDNA برای آشکارسازی گذشته‌ی نزدیک استفاده می‌شود.

The process of DNA metabarcoding starts with an environmental sample

فرآیند متابارکدینگ دی‌ان‌ای با نمونه‌هایی از محیط مانند بخشی از خاک،

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

مقداری آب، قسمتی از مواد دفعی، تله‌ی حشرات

or even the blood from leeches’ stomachs.

و یا حتی خون داخل شکم زالوها آغاز می‌شود.

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

محققان سپس با ترکیب نمونه‌ها و استفاده از آنزیم‌هایی که پروتئین‌های سلولی را

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

تجزیه می‌کنند، دی‌ان‌ای را از بقیه‌ی مواد موجود در‌ نمونه جدا کرده

which they purify.

و آن را خالص‌سازی می‌کنند.

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

در پایان, مایعی حاوی تمام دی‌ان‌ای‌های موجود در نمونه به‌دست می‌آید.

Scientists then apply the polymerase chain reaction or PCR,

دانشمندان سپس واکنش زنجیره‌ای پلیمراز را انجام می‌دهند.

which uses artificial DNA strands called universal primers.

در این واکنش از رشته‌های دی‌ان‌ای مصنوعی به نام پرایمرهای همگانی استفاده می‌شود

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

که به توالی‌هایی از دی‌ان‌ای، که در بین گونه‌های مختلف مشترکند، متصل شده

then amplify genetic barcodes that are species-specific.

و سپس بارکدهای ژنتیکی ویژه‌ی هر گونه را تکثیر می‌کند.

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

سپس، توالی‌یابی ظرفیت‌بالا همزمان میلیون‌ها قطعه‌ی دی‌ان‌ای را

simultaneously.

توالی‌یابی می‌کند.

And finally, researchers compare them to reference databases

در نهایت، پژوهشگران داده‌ها را با اطلاعات موجود در پایگاه‌های داده مقایسه کرده

and identify how many and which species are present—

و تعداد گونه‌های حاضر در نمونه و ماهیت آن‌ها را مشخص می‌کنند

or if they’ve found entirely new ones.

که این به کشف گونه‌های جدید نیز می‌انجامد.

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

این روش منجر به کشف ده‌ها هزار گونه‌ی جدید طی یک دهه‌ی گذشته شده است.

over the past decade.

While metabarcoding can detect elusive animals like the Canada lynx,

علاوه بر پیدا‌ کردن گونه‌های دست‌نیافتنی، مانند وشق کانادایی،

it can also help scientists identify invasive species.

متابارکدینگ به دانشمندان در شناسایی گونه‌های مهاجم نیز کمک می‌کند.

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

در یوسیمیتی، دانشمندان از eDNA برای ردیابی و حذف گاوغوک‌های مهاجم استفاده کردند.

Once no trace of these amphibians remained,

پس از اینکه اثری از این دوزیستان باقی نماند،

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

گونه‌ی بومی در معرض خطری به نام قورباغه‌‌ی پا‌قرمز کالیفرنیایی، که پنجاه سال قبل

which had disappeared from the area some 50 years prior.

از این زیستگاه ناپدید شده بود، دوباره به این زیستگاه بازگردانده شد.

Likewise, DNA metabarcoding can be used to monitor biodiversity.

همچنین، متابارکدینگ دی‌ان‌ای می‌تواند برای تحت‌نظرگرفتن تنوع زیستی نیز استفاده‌ شود.

For example, using traditional approaches,

مثلاً‌، طبقه‌بندی همه‌ی حشرات موجود در

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

تنها یک هکتار از جنگل‌های بارانی به روش معمول، می‌تواند ده‌ها سال طول بکشد.

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

اما دی‌ان‌ای به‌دست‌آمده از تله‌ی حشرات، می‌تواند نتایج را طی چند ماه آماده‌ کند.

One study compared insects from adjacent forest and plantation sites

مطالعه‌ای، حشرات منطقه‌ای جنگلی را با حشرات مزارع اطرافش

within China’s Yunnan province.

در استان یون‌نان چین مقایسه کرد.

It quickly found that not only were plantations less diverse,

این مطالعه در‌مدت کوتاهی مشخص کرد که نه‌تنها حشرات در مزارع کم‌تنوع‌ترند،

but deforestation affected insect groups unequally.

بلکه جنگل‌زدایی بر گروه‌های مختلف حشرات به‌طور یکسان اثر نمی‌گذارد.

Grasshoppers thrived in cleared areas while specialist forest beetles declined.

ملخ‌ها در مناطق زراعی به‌شدت رشد می‌کنند در حالی که جمعیت سوسک‌های جنگلی کم می‌شود.

Using eDNA, scientists are able to investigate

با استفاده از eDNA دانشمندان می‎‌توانند بر‌هم‌کنش‌های پیچیده‌ی

complex ecosystem interactions.

اکوسیستم‌ها را بررسی کنند.

Tracking thousands of insects as they visit flowers is impossible.

ردیابی هزاران حشره‌ای که برروی گل‌ها می‌نشینند غیرممکن است.

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

اما محققان می‌توانند دی‌ان‌ای به‌جا‌مانده برروی گل‌ها را برای مشخص کردن

to map pollination networks.

شبکه‌ی گرده‌افشانی حشرات بررسی کنند.

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

قبل از به‌وجود‌آمدن این روش‌ها، ما از مقدار گرده‌افشانی‌ای که در شب

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

رخ می‌داد اطلاع دقیقی نداشتیم زیرا نمی‌توانستیم آن را مشاهده کنیم.

Now scientists understand that moths are important nocturnal pollinators.

اکنون، دانشمندان دریافته‌اند که شاپرک‌ها، گرده‌افشان‌های شب‌زی مهمی هستند.

eDNA can even tell stories of long extinct species.

eDNA حتی می‌تواند از راز گونه‌های منقرض‌شده نیز پرده بردارد.

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

محیط‌های سرد، خشک و کم‌اکسیژن بسیار برای حفظ مواد ژنتیکی مناسبند.

By digging deep into the Arctic permafrost,

دانشمندان با حفاری عمیق در بخش‌های دائماً منجمد قطب شمال،

researchers found 50,000 year old DNA,

دی‌ان‌ای پنجاه هزارساله‌ای پیدا کردند که

which they matched to the nutrient-rich plants

آن را با گیاهان مغذیِ پیدا شده در

found in the stomachs of woolly mammoths.

معده‌ی ماموت‌های پشمالو مطابقت دادند.

With eDNA, they also found that less nutritious grasses

با استفاده از eDNA آن‌ها همچنین دريافتند که علف‌هایی با مواد مغذی کمتر

colonized the Arctic steppe during the last ice age,

استپ‌(سبزدشت)های شمالگان را در آخرین دوره‌ی عصر یخبندان

potentially contributing to the mammoth decline.

پوشانده بودند که احتمالا در کاهش جمعیت ماموت‌ها نقش داشته است.

As we face another period of climate change—

از‌ آنجایی که ما با دوره‌ای دیگر از تغییرات آب و هوایی-این‌بار

this time due to human activities—

به دلیل فعالیت‌های انسان-رو‌به‌رو می‌شویم،

understanding our planet’s rapidly shifting biodiversity

درک تنوع زیستی دائماً در‌حال‌تغییر سیاره‌مان برای محافظت از آن

will be crucial to protecting it.

بسیار مهم خواهد بود.

Fortunately, eDNA and metabarcoding

خوشبختانه، eDNA و متابارکدینگ

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

ابزار لازم برای ثبت تغییرات سریع را به محض وقوع برای ما فراهم می‌کنند.