Jahedas udus ja mustas laavakivis lõikab botaanik Vicki Funk varre kollasest lillelisest Havai taimest nimega ilima ( Sida fallax ). "Kui laava väljub ookeani, koloniseerib see uusi saari, " selgitab ta.
Seotud sisu
- Mida saab genoomiuuringutest öelda meile Maa bioloogilise mitmekesisuse kohta
Smithsoniani riikliku loodusloomuuseumi teadur Funk on Hawaiist siiski kaugel. Selle asemel on ta toas USA botaanikaaia klaasseintega talveaias Washingtonis. Pärast tüve kiireks sebimiseks õhukesele paberilehele lisab Funk selle oma akordionilaadsele pressitud taimede failile. Kumbki säilitatakse paberi ja papi vahel, puitliistudega täidisega ja seotakse ereoranžide rihmadega. Vahepeal lõikasid keskkooli ja kolledži praktikandid tema laborist samast taimest koeproovi ja kleepisid selle kiiresti katseklaasi, mida hoiti vedela lämmastiku mullitavas pada. Ilima jaoks on kiirus ülioluline. "DNA hakkab peaaegu kohe lagunema, " selgitab Funk.
Kolmapäeval kolisid Funk ja tema meeskond aeda, võttes proove ka teistelt taimedelt - kakaopuu, lumehelveste aaloe ja sipelgate taim. Tema töö on osa Smithsoniani globaalsest genoomialgatusest (GGI), mis käivitas sel nädalal tohutu suvise aiaprojekti.
Sida fallax ehk 'ilima elab vulkaaniliste kivimite elupaigas USA botaanikaaia talveaias kaugel oma kodust Hawaiil. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) GGI loodi kaks aastat tagasi ja selle eesmärk on säilitada kogu maailma bioloogiline mitmekesisus hoidlates kogu maailmas. Selle eesmärgi saavutamiseks on teadlased proovinud ja katalooginud taimi, loomi ja putukaid kogu maailma väliekspeditsioonidel. "Mõelge sellele kui 21. sajandi loodusbioloogiale, " ütleb projekti üle järelevalvet teostava muuseumi entomoloog Jon Coddington.
Taimede jaoks tähendab see vana kooli liitmist uute kooli kogumistehnikatega. Botaanikud on pikka aega kasutanud puittaimepresse lehtede, lillede ja isegi juurte dokumenteerimiseks traditsioonilises herbaariumiproovis. Peatades koeproovid silikageelil ja külmutades need vedelas lämmastikus, saavad nad taime geneetilisi saladusi paremini mõista. Pressitud proove kuivatatakse võimalike hulkuvate vigade tapmiseks, koeproove hoitakse hiiglaslikes krüogeensetes kambrites Institutsiooni muuseumi tugikeskuses Suitlandis Marylandis.
Pressitud herbaariumiproovid võivad meile taimede kohta öelda ainult nii palju, sest nende DNA laguneb aja jooksul. Taime geneetika säilitamine avab hulga teadusuuringute võimalusi, kuid „genoomi kvaliteediga materjali kättesaadavus on taimede genoomika kõige piiravam samm”, ütleb Coddington. Parim viis DNA säilitamiseks on selle külmutamine vedelas lämmastikus ja hoiustamine sellistes ruumides nagu asutuse krüogeenne hoidla - üks suuremaid omataolisi.
GGI Gardens projekti taimede koeproove hoitakse tohututes vedela lämmastikuga täidetud krüogeensetes mahutites. Nendes nullist madalamates sügavkülmikutes võib olla kuni 4 miljonit proovi. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Teadlased teavad inimestele kasulikest taimedest palju, kuid taimede sugupuus on tohutult lünki. Taimede genoomide paljususe järjestamine võib need lüngad täita. Õnneks on selle tegemise tehnoloogia viimasel kümnendil muutunud palju odavamaks ja kiiremaks. “Inimese genoomi järjestamiseks kulus kümme aastat. Nüüd saaksite seda teha umbes tunniga, ”ütleb muuseumi botaanik ja Smithsoniani teaduse asekantsler John Kress.
Praegu on teadlastel genoomiproove umbes kolme protsendi taimede perekonnast kogu maailmas. Suve jooksul püüavad põllumeeskonnad - kogudes lihtsalt Washingtoni DC-s asuvate aedade ja parkide aedades ja parkides - pooled maailma taimeperedest. Järgmisena viivad nad projekti teele teistesse botaanikaaedadesse. Järgmise kahe aasta jooksul loodavad teadlased koguda proove poolelt Maal elavate taimede perekondadelt. "Kolme protsendi ja 50 protsendi vaheline erinevus on tohutu erinevus, " ütleb Coddington.
Nii paljude taimede järjestamine võtab siiski natuke aega. Praegu soovib GGI lihtsalt proovid jääle saada. Lihtsaks tuvastamiseks loovad nad iga proovi jaoks DNA vöötkoodi, järjestades kaks geeni, mis erinevad taimede vahel. Proove säilitatakse võrgus andmebaasis ja need on taimehuvilistele ja teadlastele kättesaadavad kogu maailmas. Praegu aitab see raamatukogu tuvastada taimi kogu maailmas ja teadlased saavad seda kasutada tervete taimede genoomide järjestamiseks ja uurimiseks.
Botaanikaaed võib tunduda ebatavaline põllupaigana. Tavaliselt kujutatakse ette botaanikute harrastamist haruldaste ja avastamata taimede vahel džunglites ja ronimas mäetippudele. Funk ja botaanika magistriõppe üliõpilane Morgan Gostel on püüdnud Andides kõrgele tõusta, et koguda taimeeksemplare, telkides mõnikord madalamal temperatuuril ja vedades vedela lämmastiku mahuteid mägedesse. See väliekspeditsioon hoiab neid palju lähemal kodule, kus on kindlasti paremad ilmad ja palju puusatoiduautode lõunasöögivõimalusi. Kuid “kollektsiooni tegemise räpane töö ei erine tegelikult sellest, mida teeksite põllul, ” märgib Gostel.
Sarah Gabler võtab koeproovi plymouthi roosiartentsist ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Katseklaasid pakitakse fooliumisse ja tilgutatakse kaasaskantavasse vedela lämmastiku mahutisse. (USA botaanikaaed) 
Kristen Van Neste ja Vicki Funk pressivad roosa õiega plymouthi roosi gentiumi isendi. Taimed valiti proovide põhjal hooajalise õitsemise jaoks. (USA botaanikaaed) 
Funk ja tema meeskond jahivad taimi USBG-st proovide saamiseks. (Helen Thompson) 
Vicky Funk lõikab Madagaskaril levinud haruldaste lumehelveste aaloe ( Aloe rauhii ) proovi. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
Lumehelveste aaloe proov ootab Funki taimepressis lamestamist. Pressimise loomisel püüavad teadlased kaasata võimalikult palju taimeosi lilledest juurteni. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler ja Vicki Funk tilgutavad sipelgataime ( Hydnophytum formicarum ) koeproovi sisaldava katseklaasi vedela lämmastiku välja mahutisse. Selle taime varred elavad pisikesed sipelgad. (USA botaanikaaed) 
USA botaanikaaia taimede kuraator Bill McLaughlin hoiab üles kakaopuu ( Theobroma cacao ) seemnevilja, mis on üks mitmest kolmapäeval toimunud meeleavaldusel proovist võetud taimest. Mõned inimeste põllumajandusele kasulikud taimegenoomid, näiteks kakao, on juba järjestatud. (James Di Loreto, Smithsoniani institutsioon) 
Praktikandid (vasakult paremale) Sarah Gabler, Asia Hill ja Kristen Van Neste vaatavad edasi, kuna Vicki Funk (parempoolne) tihendab oma taimepressi, et säilitada USA botaanikaaias plymouth roosi gentiana ( Sabatia kennedyuana Fernald ) rabataime proov. 8. juulil 2015. Meeskond tegi ka märkmeid ja pilte, et minna kogutud pressitud ja külmutatud proovidega teise juurde. (James Di Loreto, Smithsoniani institutsioon) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill ja Morgan Gostel teevad proovivõtu taimedest pausi, et poseerida grupipildil väljaspool USA botaanikaaia talveaeda. (James Di Loreto, Smithsoniani institutsioon) Miks siis ebaharilik saal? Kuna elavad taimemuuseumid, on aiad ideaalses kohas, et täita need lüngad hästi dokumenteeritud proovidega, mis on ette valmistatud genoomilise järjestuse määramiseks. “Botaanikaaiad on niimoodi kollektsioone kokku tõmmanud, mõnel juhul juba sadade aastate jooksul, ulatudes tagasi isegi renessanssi, ” ütleb aia direktor Ari Novy. Aiad on katusorganisatsioonideks ka liikide avastamisega tegelevatele rühmadele. Mõnes neist asuvad ka seemnepangad ja nad on spetsialiseerunud teatud tüüpi taimedele.
Teadlased saavad seemne- ja koeproovidest õppida igasuguseid asju, alates sissetungivate liikide tuvastamisest kuni suurte evolutsiooniküsimustele vastamiseni. "See on piiritu, " märgib Suurbritannia Kew Kuningliku botaanikaaia taimede evolutsioonibioloog Félix Forest. Kew töötab sarnase projekti kallal, et säilitada 2020. aastaks 25 protsendi looduslike taimeliikide geeniproovid.
GGI ja Kew on osa suuremast liikumisest taimede mitmekesisuse säilitamiseks biohoidlates, nagu Smithsoniani krüogeensed rajatised ja Svalbardi Antarktika seemnehoidlad. Nad on teinud koostööd sarnaste organisatsioonidega, et moodustada ülemaailmne genoomi bioloogilise mitmekesisuse võrk (GGBN).
Mis kiirustamine on? "Ideaalis tahaksite elusat isendit säilitada, kuid see on vähem teostatav, " ütleb Coddington. Eelmisel kuul tegid teadlased ettepaneku, et Maa on juba oma kuuenda massilise väljasuremise sündmuste keskel. Elupaikade hävitamise ja hulga kliimamuutustega seotud ohtude silmapiiril tahavad teadlased säilitada mõned proovid, kuni nad seda veel suudavad. “Sellel on teatav kiireloomulisus, ” lisab Kress.
Nende genoomide praegune säilitamine võib aidata meil neist tulevikus õppida. Forest nõustub: “Kui meil on seda geneetilist mitmekesisust mingil moel säilitatud, võime selle juurde tagasi jõuda 20 aasta pärast.” Lisaks taimede DNA-st õppimisele võiksid teadlased isegi väljasurnud taimi taaselustada. Mõte liigi surmast tagasi tuua tuleb loomulikult poleemikaga, kuid ärme astugem endast kaugemale. Mets hoiatas: “See pole juurapark - veel. Kuid tehnoloogia liigub nii kiiresti, et kes teab, mida saaksime DNA toruga 20 aasta pärast teha. ”
