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

翻訳: Yoshiaki Yamagami 校正: Tomoyuki Suzuki

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

科学者たちは 見つけにくいことで有名な ある動物を求めて

for an animal that’s notoriously tricky to find.

何年もの間 モンタナ州の この人里離れた森を見張り続けていました

Camera traps haven’t offered definitive evidence,

隠しカメラでは決定的な証拠を見つけられず

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

専門家でさえも 確信を持って その動物の足跡を特定することはできません

But within the past decades,

しかし ここ数十年の間に 研究者たちは

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

最も見つけにくい種類の動物でさえも 見つけることができる手法を開発しました

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

そして2018年に 先ほどの科学者たちは 雪に はっきりと残る足跡からサンプルを取りました

Lab tests showed conclusive results:

検査により最終的な結果が出ました

the Canada lynx was indeed present in the area.

カナダオオヤマネコは その地域に 本当に いたのです

Without seeing the cat, scientists had proof it was there

見てもいないヤマネコが そこにいたとする 科学者たちの根拠は

because of environmental DNA or eDNA.

環境DNA 別名 eDNAです

Using a technique called DNA metabarcoding,

DNAメタバーコーディングと呼ばれる 技術を使って

researchers can take a sample from the environment

研究者は その環境からサンプルを取得し

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

どんな生命体が そこにいるか あるいは そこを最近通過したかを知ることができます

The world is covered in DNA.

世界はDNAで覆われています

It’s all around us—

私たちの周りのいたるところにあります—

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

地上にも 海の底にも 雲の上にも

Multicellular organisms are constantly shedding cells.

多細胞生物は常に細胞を落としています

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

しかし最近までeDNAは 私たちにとって あまり役に立ちませんでした

Traditional scientific techniques couldn’t parse environmental samples

従来の科学技術では 複数の種が入り混じった遺伝子素材を含む

containing mixed genetic material from multiple species.

環境のサンプルを解析することは できませんでした

But DNA metabarcoding can.

しかし DNAメタバーコーディングなら可能です

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

DNAは環境に さらされたとたん分解し始めます

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

例えば海でDNAが 分解せずにいられるのはほんの数日です

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

いろいろな場面でeDNAは 直近のことを調べるのに有効です

The process of DNA metabarcoding starts with an environmental sample

DNAメタバーコーディングの工程は 土壌の中心部、小ビンの水

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

糞、捕虫器、さらには ヒルの胃から取った血といった

or even the blood from leeches’ stomachs.

環境のサンプルから始まります

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

研究者はDNAから余分なものを ふるい落とすため サンプルを混ぜ合わせ

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

細胞タンパク質を破壊して DNAを解き放す酵素を使います

酵素がDNAから不純物を 取り除くということです

which they purify.

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

その結果 サンプル中の全てのDNAが入った 「スープ」ができあがります

Scientists then apply the polymerase chain reaction or PCR,

科学者は このスープに ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を起こしますが

which uses artificial DNA strands called universal primers.

これにはユニバーサルプライマーと呼ばれる 人工的なDNA鎖が使われます

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

このプライマーは 種に共通する類似したDNA配列と結合し

then amplify genetic barcodes that are species-specific.

種に固有の遺伝子バーコードを増幅します

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

高速シークエンシングにより 数百万個のDNA片の遺伝子情報を

simultaneously.

同時に読み取ります

And finally, researchers compare them to reference databases

最後に研究者は 読み取った遺伝子情報を 参照データベースと照合して

and identify how many and which species are present—

いくつの どんな種類の種が存在するか あるいは

or if they’ve found entirely new ones.

全く新しい種を発見したかを特定します

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

この手法によって 過去10年の間に数万の種を

over the past decade.

発見しました

While metabarcoding can detect elusive animals like the Canada lynx,

DNAメタバーコーディングは カナダオオヤマネコのような

見つけにくい動物を検知できる一方 侵略的な種の特定でも科学者の役に立ちます

it can also help scientists identify invasive species.

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

ヨセミテでは 研究者がeDNAを活用して 侵略種のウシガエルをつきとめ駆除しました

Once no trace of these amphibians remained,

このウシガエルの痕跡がなくなったとき

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

研究者は50年近く この地域で途絶えていた 絶滅危惧の在来種

which had disappeared from the area some 50 years prior.

カリフォルニアアカアシガエルを 再生させました

Likewise, DNA metabarcoding can be used to monitor biodiversity.

同様に DNAメタバーコーディングは 生物多様性の監視に役立ちます

For example, using traditional approaches,

例えば 従来の方法では

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

１ヘクタールの熱帯雨林にいる全ての昆虫を 分類するのに数十年かかります

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

しかし捕虫器に残るDNAを使えば 数か月で結果が出るでしょう

One study compared insects from adjacent forest and plantation sites

ある研究で 中国 雲南省の 隣り合う森林と農場の

within China’s Yunnan province.

昆虫を比較しました

It quickly found that not only were plantations less diverse,

農園の多様性が低いということだけでなく

but deforestation affected insect groups unequally.

森林破壊の影響が昆虫の種類によって 異なることがわかりました

Grasshoppers thrived in cleared areas while specialist forest beetles declined.

森林が伐採された農園ではオサムシが 減少する一方でバッタが繁殖しました

Using eDNA, scientists are able to investigate

科学者はeDNAを使って

complex ecosystem interactions.

複雑な生態系の相互作用を調査できます

Tracking thousands of insects as they visit flowers is impossible.

花に集まる数千の虫を 監視することは不可能です

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

その代わり 研究者は 花や虫に残るDNAを分析し

to map pollination networks.

受粉のネットワークを 割り出すことができます

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

この技術ができる以前は夜にどれくらいの 受粉が行われているかよくわかりませんでした

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

観察することができないからです

Now scientists understand that moths are important nocturnal pollinators.

今では科学者は 蛾が夜行性の 受粉媒介者であることを知っています

eDNA can even tell stories of long extinct species.

eDNAによって 遠い過去の絶滅種のことさえ分かります

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

低温、乾燥、低酸素は 遺伝子物質の保存には理想的な条件です

By digging deep into the Arctic permafrost,

北極地方の永久凍土層を深く掘って

researchers found 50,000 year old DNA,

研究者が見つけた５万年前のDNAは

マンモスの胃の中で見つかった

which they matched to the nutrient-rich plants

found in the stomachs of woolly mammoths.

栄養分に富んだ植物と一致しました

With eDNA, they also found that less nutritious grasses

研究者はまた 最後の氷河期に 北極地方の草原に生えていた

栄養が乏しい草がマンモスの減少に 関係している可能性があることも

colonized the Arctic steppe during the last ice age,

potentially contributing to the mammoth decline.

eDNAによって つきとめました

As we face another period of climate change—

新たな気候変動に直面している現在—

this time due to human activities—

今回は人間の活動によるものですが—

understanding our planet’s rapidly shifting biodiversity

急速に変化する地球の 生物多様性を理解することが

will be crucial to protecting it.

その保護に極めて重要です

Fortunately, eDNA and metabarcoding

幸い eDNAとメタバーコーディングは

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

急速な変化を即時に記録する手段となります