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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

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

במשך שנים, מדענים ארבו ביער המרוחק הזה במונטנה

for an animal that’s notoriously tricky to find.

לחיה קשה לאיתור.

Camera traps haven’t offered definitive evidence,

מלכודות מצלמה לא הניבו עדויות חד משמעיות,

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

ואפילו מומחים לא הצליחו לזהות את עקבותיה בוודאות.

But within the past decades,

אבל בעשור האחרון,

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

חוקרים פיתחו שיטות שיכולות לזהות אפילו מינים חמקניים.

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

וכך, ב 2018, המדענים האלה דגמו כמה עקבות מסתוריות בשלג.

Lab tests showed conclusive results:

בדיקות מעבדה הראו תוצאות חד משמעיות:

the Canada lynx was indeed present in the area.

הלינקס הקנדי באמת היה באיזור.

Without seeing the cat, scientists had proof it was there

מבלי לראות את החתול, למדענים היתה הוכחה שהוא שם

because of environmental DNA or eDNA.

בגלל DNA סביבתי או eDNA.

Using a technique called DNA metabarcoding,

בעזרת מטא-ברקודינג של DNA,

researchers can take a sample from the environment

חוקרות יכולות לקחת דגימה מהסביבה

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

וללמוד אילו אורגניזמים נמצאים בה, או עברו בה לאחרונה.

The world is covered in DNA.

העולם מכוסה ב DNA.

It’s all around us—

הוא סביבנו --

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

על האדמה, בתחתית האוקיינוס, ובעננים.

Multicellular organisms are constantly shedding cells.

אורגניזמים רב תאיים כל הזמן משירים תאים.

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

אבל עד לאחרונה, eDNA לא היה מאוד שימושי.

Traditional scientific techniques couldn’t parse environmental samples

שיטות מדעיות מסורתיות לא יכלו לעבד דגימות סביבתיות

containing mixed genetic material from multiple species.

שמכילות חומר גנטי מעורב ממינים מרובים.

But DNA metabarcoding can.

אבל מטא-ברקודינג של DNA יכול לעשות זאת.

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

DNA מתחיל להתפרק ברגע שהוא נחשף לסביבה.

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

באוקיינוס, לדוגמה, הוא יישמר רק כמה ימים.

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

אז בהרבה הקשרים, eDNA יכול לספר לנו על העבר הקרוב.

The process of DNA metabarcoding starts with an environmental sample

התהליך של מטא-ברקודינג של DNA מתחיל עם דגימה סביבתית

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

כמו ליבת אדמה, מבחנת מים, מעט צואה, מלכודת חרקים,

or even the blood from leeches’ stomachs.

או אפילו דם מבטן עלוקות.

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

החוקרים מנפים את הכל חוץ מה DNA על ידי ערבוב הדגימה

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

ומשתמשים באנזימים שמפרקים חלבונים תאיים ומשחררים DNA,

which they purify.

שאותו הם מטהרים.

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

התוצאה היא “מרק” של כל ה DNA בדגימה.

Scientists then apply the polymerase chain reaction or PCR,

המדענים מפעילים אז תגובת שרשרת פולימראז או PCR,

which uses artificial DNA strands called universal primers.

שמשתמשת בגדילי DNA מלאכותיים שנקראים פריימרים אוניברסלים.

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

הפריימרים האלה נקשרים לרצפי DNA שדומים מעבר למינים,

then amplify genetic barcodes that are species-specific.

ואז מגבירים ברקודים גנטיים שיחודיים למין.

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

ואז, ריצוף בתפוקה גבוהה קורא את מליוני מקטעי ה DNA האלה,

simultaneously.

בו זמנית.

And finally, researchers compare them to reference databases

ולבסוף, החוקרים משווים אותם למאגר מידע קיים

and identify how many and which species are present—

ומזהים כמה ואיזה מינים נוכחים --

or if they’ve found entirely new ones.

או אם הם גילו מינים חדשים לגמרי.

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

השיטה הזו הובילה לגילוי של עשרות אלפי מינים

over the past decade.

בעשור האחרון.

While metabarcoding can detect elusive animals like the Canada lynx,

בזמן שמטא-ברקודינג יכול לזהות חיות חמקמקות כמו הלינקס הקנדי,

it can also help scientists identify invasive species.

הוא יכול גם לעזור למדעניות לזהות מינים פולשים.

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

ביוסמיטי, חוקרים השתמשו ב eDNA כדי לעקוב ולסלק צפרדעי שור פולשות.

Once no trace of these amphibians remained,

ברגע שלא נשארו עקבות לחיות האמפיביות האלו,

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

הם החזירו לטבע מין מקומי שהיה בסכנה, צפרדעים אדומות רגל קליפורניות,

which had disappeared from the area some 50 years prior.

שנעלמו מהאזור 50 שנה לפני כן.

Likewise, DNA metabarcoding can be used to monitor biodiversity.

בדומה לכך, מטא ברקודינג של DNA יכול לשמש כדי לנטר מגוון ביולוגי.

For example, using traditional approaches,

לדוגמה, בשימוש בשיטות מסורתיות,

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

קיטלוג כל החרקים ב-10 דונם של יער גשם יכול לקחת עשרות שנים.

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

אבל DNA ממלכודות חרקים יכול להשיג את התוצאות תוך כמה חודשים.

One study compared insects from adjacent forest and plantation sites

מחקר אחד השווה חרקים מיער ומטע שכנים

within China’s Yunnan province.

במחוז יונאן בסין.

It quickly found that not only were plantations less diverse,

הוא מצא במהירות שלא רק שהמטעים היו פחות מגוונים,

but deforestation affected insect groups unequally.

אלא שבירוא העצים השפיע אחרת על חרקים שונים.

Grasshoppers thrived in cleared areas while specialist forest beetles declined.

חגבים שגשגו באזורים מבוראים בזמן שחיפושיות יער מתמחות התדלדלו.

Using eDNA, scientists are able to investigate

בשימוש ב eDNA, מדעניות מסוגלות לחקור

complex ecosystem interactions.

פעילות מערכות מחייה מורכבות.

Tracking thousands of insects as they visit flowers is impossible.

אי אפשר לעקוב אחרי אלפי חרקים כשהם מבקרים בפרחים.

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

במקום זה, חוקרים יכולים לחקור את ה DNA שנשאר על פרחים וחרקים

to map pollination networks.

כדי למפות רשתות האבקה.

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

לפני שהשיטות האלו היו זמינות, לא באמת ידענו כמה האבקה

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

התרחשה בלילה, כי לא יכולנו לצפות בה.

Now scientists understand that moths are important nocturnal pollinators.

עכשיו מדענים מבינים שעשים הם מאביקים ליליים חשובים.

eDNA can even tell stories of long extinct species.

eDNA יכול אפילו לספר את סיפורם של מינים שנכחדו מזמן.

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

תנאים קרים, יבשים ודלי חמצן, מושלמים לשימור מידע גנטי,

By digging deep into the Arctic permafrost,

על ידי חפירה עמוק לתוך קפאון העד הארקטי,

researchers found 50,000 year old DNA,

חוקרים גילו DNA בן 50,000 שנה,

which they matched to the nutrient-rich plants

התואם לצמחים עשירים בחומרים מזינים

found in the stomachs of woolly mammoths.

שנמצאו בבטן של ממותות שעירות.

With eDNA, they also found that less nutritious grasses

עם eDNA, הם גם מצאו שעשבים פחות עשירים

colonized the Arctic steppe during the last ice age,

איכלסו את הסטפה הארקטית בעידן הקרח האחרון,

potentially contributing to the mammoth decline.

ואולי תרמו לירידת הממותות.

As we face another period of climate change—

כשאנחנו עומדים בפני תקופה נוספת של שינוי אקלים --

this time due to human activities—

הפעם בגלל פעילות אנושית --

understanding our planet’s rapidly shifting biodiversity

היכולת להבין את השינוי המהיר במגוון הביולוגי בעולמנו

will be crucial to protecting it.

יהיה חיוני להגנה עליו.

Fortunately, eDNA and metabarcoding

למרבה המזל, eDNA ומטא-ברקודינג

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

נותנים לנו את הכלים לתיעוד שינויים מהירים בזמן אמת.