„The Guardian”: Krzyknął „eureka” w supermarkecie. Jego pomysł był rewolucyjny

• Cotygodniowy, piątkowy cykl „Interia Bliżej Świata” to najciekawsze teksty najważniejszych zagranicznych gazet
• Taksonomia jest jedną z najstarszych dziedzin biologii. Jej zadaniem jest klasyfikacja organizmów i opisywanie gatunków
• Dzięki genetycznemu metkowaniu (DNA barcoding) można usprawnić ten proces
• To ogromne wyzwanie. Na ziemi jest co najmniej 8,7 mln gatunków. Ale wedle różnych szacunków może być ich nawet 10-20 mln

Jako dziecko włóczyłem się w okolicy Wielkich Jezior w Kanadzie, zbierałem ćmy i motyle. To było idylliczne przeżycie. W dzień przeczesywałem pola i lasy w poszukiwaniu motyli. Na noc na podwórku zostawiłem rozwieszone białe prześcieradło oraz lampę UV. Wstawałem skoro świt, by sprawdzić, ile ciem udało mi się złapać.

Już jako dorosły potrafiłem zidentyfikować około 700 gatunków motyli i ciem, rozszyfrowując charakterystyczne paski, kropki i kolory na ich skrzydłach i odwłokach.

W 1972 r. przeprowadziłem się do Australii i kontynuowałem zbieranie coraz to nowych okazów. Chciałem zrozumieć jak najwięcej o grupie organizmów, które kochałem, ale ich identyfikacja szybko stała się niemożliwym zadaniem. Gatunki motyli na drugim końcu świata tak bardzo różniły się od tych w okolicach rodzinnego domu, że nie byłem w stanie ogarnąć ich swoim umysłem.

Moja bezsilność wzrastała z czasem. W latach 70. wyruszyłem z ekspedycją do Papui Nowej Gwinei, by tygodniami zbierać ćmy w górach. Pewnej nocy włączyliśmy światła i zebraliśmy ponad 2 tys. różnych gatunków i to tylko w jednym miejscu. To ponad dwa razy więcej niż przez całe dzieciństwo, gdy włóczyłem się w rodzinnych stronach. Proces identyfikacji każdego okazu stawał się przytłaczający. Poddałem się.

Po krótkim czasie zmieniłem tropiki na kanadyjską część Arktyki. Przestałem zajmować się motylami i ćmami. W pracy badawczej skupiłem się na mikroskorupiakach, znacznie mniej zróżnicowanej grupie niż motyle. Ale moje zamiłowanie do nich nigdy nie zniknęło.

Dwie dekady później byłem w supermarkecie i w trakcie przechodzenia przez alejki w mojej głowie pojawił się pomysł: a gdyby tak wykorzystać fragment DNA do rozróżniania gatunków? Przecież zaledwie kilkanaście linijek kodu kreskowego w sklepach pozwala na identyfikację wszystkich towarów. Co by było, gdyby możliwe stało się identyfikowanie roślin, zwierząt i grzybów w ten sam sposób?

Przez lata, które minęły od mojej wizyty w Papui Nowej Gwinei, nowe technologie zmieniły naukę i sposób rozumienia elementów składowych życia na Ziemi. Skłoniło mnie to do zmiany kierunku moich badań. 

Projekt poznania ludzkiego genomu (Human Genome Project), który ma na celu na poznanie sekwencji wszystkich zasad tworzących ludzki genom, rozpoczął dekodowanie naszego DNA. Naukowcy zaczęli już stosować tę technikę do badań nad zwierzętami, natomiast inni zaproponowali sekwencjonowanie kodu genetycznego, które mogłoby być pomocne przy identyfikacji gatunków zwierząt. Również zacząłem pracować nad udoskonalaniem własnej teorii. 

W tym celu wróciłem do sprzętu z mojej młodości. W połowie lat 50. na podwórku w mieście Guelph w prowincji Ontario ustawiłem sporych rozmiarów lampę UV oraz białe prześcieradło, by zwabić i złapać ćmy. Latem 2001 r. wróciłem do dawnych metod, nieco je udoskonalając. Tym razem każdy okaz musiał „poświęcić” odnóże na rzecz nauki, bym mógł stwierdzić, czy miałem rację. 

Wierzyłem, że pojedynczy segment szybko ewoluującego genu obecnego u prawie wszystkich zwierząt – genu CO1 kodującego enzym podjednostki 1 oksydazy cytochromu c w mitochondrialnym DNA – może być wykorzystywany do rozróżniania gatunków.

Do końca lata zebrałem około 200 gatunków ciem: klonowych, sfinksa i tygrysich. Wszystkie dobrze pamiętałem z młodości. Przy analizie ich odnóży wykorzystaliśmy metodę PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy), opracowaną przez Kary’ego Mullisa, by skupić się na ich sekcji COI. 

Po co to wszystko? Celem było sekwencjonowanie DNA, po pobraniu od każdego owada kodu genetycznego i wrzuceniu ich jeden po drugim do Excela. W ten sposób stało się jasne, że dzięki fragmentowi genomu można było rozróżnić każdą ćmę. Barcoding DNA zakończył się 100-proc. sukcesem już podczas pierwszego testu.

Wyniki badań opublikowano na początku 2003 r. Wynaleźliśmy niezawodne, niedrogie i szeroko dostępne rozwiązanie do identyfikacji milionów gatunków zwierząt, także tych czekających na odkrycie. Początkowo krytycy byli surowi w ocenie ustaleń. Podkreślano, że metoda nie może działać niezawodnie w przypadku innych gatunków zwierząt. Jednak od tego czasu inni naukowcy podchwycili metodę i wykazali, że barcoding DNA działa w przypadku zdecydowanej większości gatunków. 

Dziś uważam, że barcoding DNA jest pierwszą szansą ludzkości na odkrycie całego życia na Ziemi. Najczęściej szacuje się, że dzielimy życie na naszej planecie z 8,7 mln gatunków, ale osobiście uważam, że jest ich znacznie więcej – między 20 a 40 mln. 

Od czasu, gdy w dzieciństwie podejmowałem pierwsze „badania” na podwórku, udoskonalana na przestrzeni lat metoda pomogła obrońcom przyrody w zwalczaniu przestępstw przeciwko dzikiej przyrodzie i monitorowaniu wpływu górnictwa na bioróżnorodność. Jestem przekonany, że pewnego dnia stanie się ona częścią systemu monitorowania biosfery w taki sam sposób, w jaki monitorujemy pogodę.

Tłumaczenie: Mateusz Kucharczyk

Tytuł i śródtytuły oraz skróty pochodzą od redakcji