アフリカのサバンナを歩き回る草食動物は大規模で、たくさん食べます。 しかし、どういうわけか、彼らは皆、ほぼ同じ場所に住んでいて、同じまばらな植生環境に支えられています。 2013年、生態学者はこれがどのように機能したかを正確に知りたいと考えました。 しかし、ゾウ、シマウマ、バッファロー、インパラは餌を得るために何マイルも歩き回り、彼らが食べるのを見ているおせっかいな人間が好きではないので、彼らの食事を理解することはほとんど不可能でした。
研究者は、しばしばそうであるように、糞を精査するために残されました。 しかし、消化された植物を人間の目だけで識別することは不可能でした。 そこで、このパズルのために、彼らは比較的新しい遺伝的手法であるDNAバーコードに注目しました。
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生態学者は研究室にサンプルを持ち、植物遺体のDNAを精査し、シトクロムcオキシダーゼIとして知られる特定の遺伝子を探しました。細胞のミトコンドリアにあるため、この遺伝子は略してCOIと呼ばれ、突然変異率が他のDNAの3倍。 つまり、非常に密接に関連する生物間の遺伝的差異をより明確に示し、シャツの内側のタグや食料品店のバーコードなど、鳥から蝶までのグループで種を区別するのに便利な方法になります。
適切にDNAバーコードと呼ばれるこの独創的な方法については、伝統的な分類法の「ストレスのある」時間のかかる方法にうんざりしている1人の遺伝学者に感謝することができます。 カナダのグエルフ大学の分子生物学者であるポール・ヘバートは、ニューギニアのポスドク研究員として昆虫をシートに集めて過ごしたある濡れた曇りの夜を思い出します。
「翌日それらを形態学的に分類したときに、入って来た種が何千もあることに気付きました」とHebertは言います。 彼が知る限り、多くは科学によって説明されたことはなかった。 「ある晩、私は残りの人生で忙しくするのに十分な標本に出会ったことに気付きました」と彼は言います。
Hebert氏は続けます。「その時点で、形態分類学は地球上の生命を登録する方法になり得ないことに気づきました。」彼は標本コレクションを手放し、北極進化生物学の他の研究に進みました— 「私が見つけることのできる最も低い種の多様性の生息地」は彼の言葉で語っていますが、地球の生物多様性を測定するという話題は常に彼の心の奥に残っていました。
テクノロジーは1990年代半ばに進歩し続け、研究者はますます小さなDNAを分離して分析することができました。 オーストラリアで客員研究員として働いていたヘバートは、さまざまな生物のDNAを「遊んで」、シーケンスを検索し、簡単に分離して種をすばやく区別するために使用できる単一の配列を探し始めました。 「この1つのミトコンドリア遺伝子領域が多くの場合に効果的であると決めました」と彼は言います。 それがCOIでした。
ヘバートは、昆虫のスコアを収集し、それらをバーコード化することによって、彼自身の裏庭で彼の方法をテストすることにしました。 彼はバグを簡単に区別できることを発見しました。 「ねえ、もしそれが私の裏庭で200種で機能するのなら、なぜ地球上で機能しないのだろうと思ったのです。」
そして、いくつかの例外を除いて、それは持っています。
この手法を使用して、2013年のサバンナ研究の研究者は、これらの共存する動物のさまざまな食事をつなぎ合わせることができました。 「動物が彼らのスキャットをバーコード化することで食べていたすべてを伝えることができました」と、研究に協力したスミソニアン国立自然史博物館の植物学学芸員であるW・ジョン・クレスは言います。 野生生物管理者と科学者に各動物がどの草を食べているかを正確に知らせることにより、これらの結果は「これらの動物の新しい保護地域の設計に直接影響を与える可能性があります」とクレスは言います。
また、生態学者に、生態系全体がどのように連携しているかの全体像を示しました。 「今、これらの種がサバンナで実際に共存している様子を見ることができます」とクレスは言います。 今日、DNAバーコードと他の遺伝的手法のおかげで、種を作るもののアイデアが変わりつつあります。
緑の面ではあまり見かけないかもしれません。 しかし、どういうわけか、アフリカのサバンナはさまざまな象徴的な草食動物を支援しています。 DNAバーコードはその方法を示すのに役立ちます。 （Cultura RM / Alamy） ダーウィンの時代から、分類学者は観察できるものに基づいて種をふるい分けてきました。 すなわち、アヒルのように見え、アヒルのように歩き、アヒルのように聞こえる場合は、アヒルの山に投げ入れます。 1980年代のDNAシーケンスの出現により、ゲームは変わりました。 今、生物をそれが何であるかを作る遺伝暗号を読むことにより、科学者は種の進化史に関する新しい洞察を集めることができます。 しかし、ゲノムを構成する数百万または数十億の塩基対を比較することは、高価で時間のかかる命題になる可能性があります。
シトクロムcオキシダーゼIのようなマーカーを使用すると、これらの区別をより迅速かつ効率的に特定できます。 バーコードを使用すると、わずか数時間（つまり、設備の整った分子生物学ラボでDNAバーコードをシーケンスするのにかかる時間）で、表面でまったく同じに見える2つの種が遺伝レベルで大幅に異なることがわかります。 昨年、チリの科学者はDNAバーコードを使用して、昆虫研究者が過去160年間見逃していた新しい種類の蜂を特定しました。
国立自然史博物館の昆虫学キュレーターであるジョン・バーンズのような専門家は、ヘバートと協力して、かつては同じ種と考えられていた多くの生物を区別することができました。 技術の進歩により、研究者は1800年代の博物館の標本にバーコードを付けることができるようになりました。バーンズ氏によると、定住種の定義を再分類する可能性が開かれています。 HebertがDNAバーコードの概要を説明した1年後、Burnsはそれを使用して、1700年代に特定された蝶の種を特定しました。
濁った種の定義を特定することは、学問以外の影響を及ぼします。 科学者と議員に種の数と健康のより良い感覚、それらを保護するための重要な情報を与えることができると、国際自然保護連合の「レッドリスト」を管理するクレイグ・ヒルトン・テイラーは言います。 組織は種をどのように定義するかについてさまざまな観点から作業できるさまざまな専門家グループに依存していますが、DNAバーコードはこれらのグループの多くが異なる種をより正確に区別するのに役立ちました。
「私たちは、彼らに今、これから出てくるすべての新しい遺伝的証拠について考えるように頼みます」とヒルトン・テイラーは、今日のIUCNの手順について述べています。
革新的ではありますが、元のバーコード技術には限界がありました。 たとえば、COI遺伝子は植物で十分な速さで変異しなかったため、植物ではなく動物でのみ機能しました。 2007年、クレスは植物で同様に急速に変異する他の遺伝子を特定し、サバンナのような研究を実施できるようにして、ヘバートの手法の拡大を支援しました。
クレスは、コネチカット大学の生態学者であるカルロス・ガルシア・ロブレドの前の同僚である2008年から、コスタリカの熱帯雨林でさまざまな昆虫種が摂食したさまざまな植物をDNAバーコードで比較したことを思い出します。 彼らは昆虫を収集し、それらを粉砕し、彼らの食物からDNAを迅速に配列決定し、何を食べているのかを判断することができました。
以前は、ガルシア・ロブレドと他の科学者は、周りの昆虫を退屈に追って食事を記録しなければなりませんでした。 「研究者がDNAバーコードの助けを借りずに熱帯雨林の昆虫草食動物のコミュニティの食生活を完全に理解するには数年かかることがあります」とGarcá-Robledoは2013年のインタビューでスミソニアンインサイダーに語った。
それ以来、彼らはその研究を、標高が異なると種の数とその食餌がどのように異なるか、そして種がますます高くなることを余儀なくされるため、気候変動による気温上昇がこれにどのように影響するかを調べることで、研究を拡大することができました。 「昆虫と植物の相互作用の複雑なネットワーク全体を開発しましたが、これは以前は不可能でした」とクレスは言います。
「突然、DNAを使用してはるかに簡単な方法で、これらの実験を実際に追跡、定量化、繰り返し、これらのことをより詳細に理解することができました」と彼は付け加えます。 クレスと他の研究者は現在、バーコードを使用して、それらに生息する生物のコミュニティの土壌サンプルを分析しています、と彼は言います。 バーコードは、環境で見つかった遺伝物質の残りを特定するのに役立つことも約束します。
「生態学者にとって、DNAバーコード化は、以前は追跡できなかった生息地の物事を追跡するまったく異なる方法を実際に開いています。」
科学者がゲノム全体をシーケンスして比較する代わりに1つの特定の遺伝子を精査できるようにすることで、彼の方法が完全なシーケンスよりもはるかに迅速かつ安価に遺伝子分析と同定を実行できることを望んでいた。 「過去14年間で、それがはるかに効果的に機能し、予想よりも実装がはるかに簡単であることが示されました」と彼は語ります。
しかし、彼にはまだ進歩の余地があります。 「私たちは、種の豊富さと分布の点で不十分なデータに本当に取り組んでいます」と、Hebertは自然保護論者について語っています。 DNAサンプルをより速く、より少ない材料でDNAバーコードと組み合わせて分析するための技術を急速に改善することは、現代のスキャナーがすでに数時間で数億の塩基対を読み取ることができる数千の塩基対と比較して、道を切り開く方法を提供する方法を提供します同じ時期に以前の技術で読まれた。
Hebertは、世界中のセンサーからDNAが自動的に収集され、配列決定される未来を構想しています。これにより、保護活動家と分類学者は、さまざまな種の健康と分布に関する膨大な量のデータにアクセスできます。 彼は現在、DNAバーコードの世界的なライブラリの整理に取り組んでおり、科学者はこれを使用して未知の標本（現実のPokedexのようなもの）をすばやく特定できます。
「地球上のある地点で、または年に1日、気温を読んでいる場合、気候変動をどのように予測しますか？」 「生物多様性の保全について真剣に考えようとするなら、必要なモニタリングの量についての見方を完全に変える必要があります。」
