مُفكّكو الحمض النووي البري: كشف أسرار الحياة البرية في إيفرست باستخدام الحمض النووي البيئي

عثر العلماء على أدلة على وجود 187 رتبة تصنيفية في 20 لترًا من الماء تم جمعها من واحدة من أقسى البيئات على وجه الأرض.
استخدم فريق من العلماء بقيادة جمعية حماية الحياة البرية (WCS) وجامعة ولاية أبالاتشيان الحمض النووي البيئي (eDNA) لتوثيق التنوع البيولوجي في جبال الألب، وتحديدًا في جبل إيفرست، أعلى جبل على وجه الأرض، والذي يبلغ ارتفاعه 8849 مترًا (29032 قدمًا). يُعد هذا العمل المهم جزءًا من رحلة "ناشيونال جيوغرافيك ورولكس بيربيتشوال بلانيت إيفرست" الرائدة لعام 2019، وهي أكبر رحلة استكشافية علمية إلى جبل إيفرست على الإطلاق.
نشر الفريق نتائج دراستهم في مجلة iScience، حيث جمعوا الحمض النووي البيئي من عينات مياه مأخوذة من عشر برك وجداول مائية على أعماق تتراوح بين 4500 متر و5500 متر على مدى أربعة أسابيع. تشمل هذه المواقع مناطق من الأحزمة الألبية التي تقع فوق خط الأشجار وتضم مجموعة متنوعة من أنواع النباتات المزهرة والشجيرات، بالإضافة إلى أحزمة هوائية تمتد إلى ما وراء النباتات المزهرة والشجيرات في اتجاه مجرى النهر في المحيط الحيوي. وقد تمكنوا من تحديد كائنات حية تنتمي إلى 187 رتبة تصنيفية من 20 لترًا فقط من الماء، أي ما يعادل 16.3%، أو سدس، إجمالي عدد الرتب المعروفة في شجرة الحياة، وهي شجرة عائلة التنوع البيولوجي على كوكب الأرض.
يبحث الحمض النووي البيئي (eDNA) عن آثار ضئيلة من المادة الوراثية التي خلفتها الكائنات الحية والحياة البرية، ويوفر طريقةً أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسرع وأكثر شمولاً لتحسين القدرات البحثية لتقييم التنوع البيولوجي في البيئة المائية. تُجمع العينات باستخدام صندوق محكم الإغلاق يحتوي على مرشح يحجز المادة الوراثية، ثم تُحلل في المختبر باستخدام تقنية الترميز الجيني الفائق (metabarcoding) وغيرها من تقنيات التسلسل. تستخدم جمعية الحفاظ على الحياة البرية (WCS) الحمض النووي البيئي لاكتشاف الأنواع النادرة والمهددة بالانقراض، بدءًا من الحيتان الحدباء وصولًا إلى سلاحف سوينهو ذات القشرة الرخوة، وهي من أندر الأنواع على وجه الأرض.
خريطة حرارية لقراءات التسلسل للبكتيريا التي تم تحديدها وتصنيفها وفقًا للترتيب التصنيفي باستخدام SingleM وقاعدة بيانات Greengenes من كل موقع.
على الرغم من أن بحث إيفرست ركز على تحديد مستوى الرتبة، إلا أن الفريق تمكن من تحديد العديد من الكائنات الحية وصولاً إلى مستوى الجنس أو النوع.
على سبيل المثال، حدد الفريق وجود الدوارات والبطيئات المائية، وهما حيوانان صغيران معروفان بقدرتهما على الازدهار في بعض أقسى البيئات وأكثرها تطرفًا، ويُعتبران من أكثر الحيوانات قدرة على التكيف على وجه الأرض. إضافةً إلى ذلك، اكتشفوا فرخ الثلج التبتي في منتزه ساغارماثا الوطني، وفوجئوا بالعثور على أنواع مثل الكلاب والدجاج المنزلي التي تُجسد تأثير الأنشطة البشرية على البيئة.
كما عثروا على أشجار صنوبر لا توجد إلا على سفوح التلال البعيدة جدًا عن موقع أخذ العينات، مما يدل على كيفية انتقال حبوب اللقاح التي تحملها الرياح إلى أعالي هذه المستجمعات المائية. ومن بين الكائنات الأخرى التي عثروا عليها في عدة مواقع ذبابة مايو، وهي مؤشر معروف للتغير البيئي.
سيساعد جرد الحمض النووي البيئي في عمليات الرصد البيولوجي المستقبلية لجبال الهيمالايا العالية والدراسات الجزيئية الاسترجاعية لتقييم التغيرات بمرور الوقت مع تغير المناخ الناتج عن الاحترار وذوبان الأنهار الجليدية والتأثيرات البشرية التي تغير هذا النظام البيئي سريع التغير والشهير عالميًا.
قالت الدكتورة تريسي سيمون من برنامج صحة الحيوان التابع لجمعية الحفاظ على الحياة البرية، والقائدة المشاركة لفريق إيفرست بيوفيلد والباحثة الرئيسية: "هناك تنوع بيولوجي كبير. يجب اعتبار البيئة الألبية، بما في ذلك جبل إيفرست، خاضعة للمراقبة المستمرة طويلة الأجل للتنوع البيولوجي الألبي، بالإضافة إلى المراقبة المناخية الحيوية وتقييم تأثير تغير المناخ."
قالت الدكتورة ماريسا ليم من جمعية حماية الحياة البرية: "ذهبنا إلى أعلى قمة في العالم بحثًا عن الحياة. إليكم ما وجدناه. لكن القصة لا تنتهي هنا. ساهموا في إثراء المعلومات الاستخباراتية المستقبلية."
قال الدكتور أنطون سيمون، المدير المشارك للبحوث الميدانية، والباحث في ناشيونال جيوغرافيك، والأستاذ المشارك في جامعة ولاية أبالاتشيان: "قبل قرن من الزمان، عندما سُئل المتسلق البريطاني جورج مالوري: "لماذا نذهب إلى إيفرست؟"، أجاب: "لأنها كانت موجودة". كان لفريقنا في عام 2019 رأي مختلف تمامًا: لقد ذهبنا إلى جبل إيفرست لأنه كان غنيًا بالمعلومات ويمكن أن يعلمنا عن العالم الذي نعيش فيه".
من خلال إتاحة مجموعة البيانات مفتوحة المصدر هذه لمجتمع البحث، يأمل المؤلفون في المساهمة في الجهد المستمر لبناء موارد جزيئية لدراسة وتتبع التغيرات في التنوع البيولوجي في أعلى جبال الأرض.
الاستشهاد بالمقال: ليم وآخرون، استخدام الحمض النووي البيئي لتقييم التنوع البيولوجي لشجرة الحياة على الجانب الجنوبي من جبل إيفرست، iScience (2022) ماريسا كيه في ليم، 1 أنطون سيمون، 2 باتيا نايتنجيل، 1 تشارلز إس آي شو، 3 ستيفان آر بي هولوي، 4 آدم جيه سولون، 5 نيكولاس بي دراغون، 5 ستيفن كيه شميدت، 5 أليكس تيت، 6 ساندرا ألفين، 6 أورورا كيه إلمور، 6،7 وتريسي إيه سيمون 1،8،
1 جمعية حماية الحياة البرية، برنامج الصحة الحيوانية، حديقة حيوان برونكس، برونكس، نيويورك 10460، الولايات المتحدة الأمريكية. 2 جامعة ولاية أبالاتشيان، قسم الجغرافيا والتخطيط، بون، كارولاينا الشمالية 28608، الولايات المتحدة الأمريكية. 3 جامعة ماكجيل، قسم ريدباث للمتاحف وعلم الأحياء، مونتريال، H3A 0G4، كندا. 4 قسم الصناعات الأولية، ويلينغتون 6011، نيوزيلندا. 5 جامعة كولورادو، قسم علم البيئة وعلم الأحياء التطوري، بولدر، كولورادو 80309، الولايات المتحدة الأمريكية. 6 الجمعية الجغرافية الوطنية، واشنطن العاصمة، 20036، الولايات المتحدة الأمريكية. 7 الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، سيلفر سبرينغ، ماريلاند 20910، الولايات المتحدة الأمريكية. 8 جهة الاتصال الرئيسية* للاتصالات
مهمتنا: تسعى جمعية الحفاظ على الحياة البرية (WCS) إلى إنقاذ الحياة البرية في جميع أنحاء العالم من خلال العلوم، وجهود الحفاظ على البيئة، والتوعية، وإلهام الناس لتقدير الطبيعة. ولتحقيق هذه المهمة، تتخذ الجمعية من حديقة حيوان برونكس مقرًا لها، مستخدمةً كامل إمكانيات برنامجها العالمي للحفاظ على البيئة، والذي يزوره سنويًا 4 ملايين شخص من حوالي 60 دولة، ويمتد عبر جميع محيطات العالم، بالإضافة إلى خمس حدائق للحياة البرية في نيويورك. وتوظف الجمعية خبراتها في حدائق الحيوان وأحواض الأسماك لتحقيق رسالتها في الحفاظ على البيئة. تفضلوا بزيارة: newsroom.wcs.org تابعونا على: @WCSNewsroom. لمزيد من المعلومات: 347-840-1242. استمعوا إلى بودكاست WCS Wild Audio هنا.
بصفتها المؤسسة العامة الرائدة في جنوب شرق الولايات المتحدة، تُهيئ جامعة ولاية أبالاشيان طلابها لحياة مُرضية كمواطنين عالميين يُدركون أهمية بناء مستقبل مُستدام للجميع ويتحملون مسؤوليته. تُعزز تجربة أبالاشيان روح التضامن من خلال الجمع بين الناس بطرق مُلهمة لاكتساب المعرفة وتطويرها، والنمو الشامل، والعمل بشغف وعزيمة، وتقبّل التنوع والاختلاف. تقع جامعة أبالاشيان في جبال بلو ريدج، وهي واحدة من 17 حرمًا جامعيًا ضمن نظام جامعة نورث كارولينا. تضم الجامعة ما يقرب من 21,000 طالب، وتتميز بنسبة منخفضة بين الطلاب وأعضاء هيئة التدريس، وتقدم أكثر من 150 برنامجًا دراسيًا في مرحلتي البكالوريوس والدراسات العليا.
تدعم شراكة ناشيونال جيوغرافيك مع رولكس رحلات استكشافية لاستكشاف أهم المواقع على وجه الأرض. وباستخدام خبرات علمية عالمية المستوى وتقنيات متطورة للكشف عن رؤى جديدة حول الأنظمة الحيوية للحياة على كوكب الأرض، تساعد هذه الرحلات العلماء وصناع السياسات والمجتمعات المحلية على التخطيط لإيجاد حلول لتغير المناخ وآثاره. إن البيئة تتغير، وتروي عجائب عالمنا من خلال قصص مؤثرة.
على مدى قرن تقريباً، دعمت رولكس رواد الاستكشاف الذين يسعون لتوسيع آفاق الإمكانيات البشرية. وقد انتقلت الشركة من دعم البحث العلمي إلى حماية كوكب الأرض من خلال التزامها طويل الأمد بدعم الأفراد والمنظمات التي تستخدم العلم لفهم المشكلات البيئية الراهنة وإيجاد حلول لها.
تعزز هذا الالتزام بإطلاق مبادرة "الكوكب الأبدي" في عام 2019، والتي ركزت في البداية على الأشخاص الذين يساهمون في بناء عالم أفضل من خلال جوائز رولكس للمشاريع، ويحمون المحيطات من خلال شراكة مع "ميشين بلو"، ويجعلون من تغير المناخ حقيقة واقعة. ويُفهم ذلك كجزء من علاقتها مع الجمعية الجغرافية الوطنية.
تشمل محفظة الشراكات الأخرى الموسعة التي تم اعتمادها في إطار مبادرة الكوكب الدائم الآن ما يلي: رحلات استكشافية قطبية تدفع حدود الاستكشاف تحت الماء؛ مؤسسة وان أوشن ومينكاب لحماية التنوع البيولوجي للحيتان في البحر الأبيض المتوسط؛ رحلة زونان-ها الاستكشافية التي تكشف عن جودة المياه في يوكاتان، المكسيك؛ رحلة BIG الاستكشافية إلى القطب الشمالي في عام 2023 لجمع البيانات حول التهديدات التي تواجه القطب الشمالي؛ هارتس إن ذا آيس، لجمع المعلومات أيضًا عن تغير المناخ في القطب الشمالي؛ ومبادرة موناكو الزرقاء، التي تجمع خبراء في حلول الحفاظ على البيئة البحرية.
كما تدعم رولكس المنظمات والمبادرات التي ترعى الجيل القادم من المستكشفين والعلماء والمحافظين على البيئة من خلال المنح الدراسية والمنح مثل جمعية المنح الدراسية العالمية تحت الماء ومنحة نادي مستكشفي رولكس.
الجمعية الجغرافية الوطنية هي منظمة عالمية غير ربحية تستخدم قوة العلم والبحث والتعليم ورواية القصص لإبراز عجائب عالمنا وحمايتها. منذ عام ١٨٨٨، دأبت الجمعية الجغرافية الوطنية على توسيع آفاق البحث، والاستثمار في المواهب المتميزة والأفكار الرائدة، وتقديم أكثر من ١٥٠٠٠ منحة توظيف في سبع قارات، والوصول إلى ٣ ملايين طالب سنويًا من خلال برامجها التعليمية، واجتذاب اهتمام عالمي واسع النطاق عبر التوقيعات والقصص والمحتوى. لمعرفة المزيد، تفضلوا بزيارة موقعنا الإلكتروني www.nationalgeographic.org أو تابعونا على إنستغرام وتويتر وفيسبوك.
مهمتنا: تعمل جمعية الحفاظ على الحياة البرية (WCS) على إنقاذ الحياة البرية في جميع أنحاء العالم من خلال العلوم، وجهود الحفاظ على البيئة، والتوعية، وإلهام الناس لتقدير الطبيعة. تتخذ الجمعية من حديقة حيوان برونكس مقرًا لها، وتستخدم كامل إمكانيات برنامجها العالمي للحفاظ على البيئة لتحقيق مهمتها، حيث تستقبل 4 ملايين زائر سنويًا في ما يقرب من 60 دولة، وتغطي جميع محيطات العالم، بالإضافة إلى خمس حدائق للحياة البرية في مدينة نيويورك. تجمع الجمعية خبراتها في حدائق الحيوان وأحواض الأسماك لتحقيق مهمتها في الحفاظ على البيئة. تفضلوا بزيارة newsroom.wcs.org. للاشتراك: @WCSNewsroom. لمزيد من المعلومات: +1 (347) 840-1242.
المؤسس المشارك لـ SpaceRef، عضو في نادي المستكشفين، موظف سابق في وكالة ناسا، عضو في الفريق الزائر، صحفي، عالم أحياء فضائية وفلكي، متسلق جبال فاشل.