طرق جديدة وفعالة لاستخدام الحمض النووي في التقييم والرصد البيئي

لطالما واجه علماء البيئة تحدي القدرة على اكتشاف التغيرات التي يسببها النشاط البشري في التنوع البيولوجي، لكن دراسة جديدة وضعت حلولا لهذه المعضلة.

ركزت الدراسة -التي نشرت بدورية وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم الأميركية "بناس" (PNAS) يوم 14 أبريل/نيسان الماضي، بقيادة باحثين من مديرية علوم وتكنولوجيا المياه وتغير المناخ الكندية ومختبر حاجيباي بجامعة غويلف- على الأراضي الرطبة المعرضة للخطر في دلتا بيس-أثاباسكا الواقعة شمال ألبرتا بكندا.

واعتمدت على طرق جديدة فعالة قائمة على الحمض النووي "دي إن إي" للتقييم والرصد البيئي.

أما منطقة الدراسة فكانت دلتا بيس-أثاباسكا، وهي مجمع كبير من الأراضي الرطبة الداخلية يهدده الزحف من تعدين الرمال النفطية بمستجمع مياه أثاباسكا والسدود الكهرومائية في مستجمع بيس للمياه.

الباركود الفوقي

وقال د. مهرداد حاجيباي المؤلف المشارك بالدراسة وأستاذ في قسم الأحياء التكميلية بجامعة غويلف الكندية "نعمل لأكثر من عقد من الزمان مع علماء من هيئة البيئة وتغير المناخ في كندا لتطوير وتطبيق تحليل التنوع البيولوجي القائم على الحمض النووي عالي الإنتاجية لرصد النظم البيئية الرئيسية في جميع أنحاء كندا".

وقام الباحثون بتجميع العينات من منطقة الدراسة بين عامي 2011 و2016، واقتصرت على أنواع من اللافقاريات المائية الكبيرة (معظمها حشرات مائية يمكننا رؤيتها بأعيننا المجردة).

تم الحصول على العينات من أماكن تدفق الفيضانات في الأراضي الرطبة بطريقة متدرجة (من المنبع إلى المصب) وقام الباحثون بتعريف العينات بناء على الشكل الظاهري (المورفولوجيا) للكائن عن طريق استخدام المجاهر الضوئية.

واستخدموا أيضا طريقة "الباركود الفوقي" للحمض النووي "دي إن إي" التي ابتكرها مختبر حاجيباي لأول مرة عام 2011.

وطريقة "الباركود الفوقي" للحمض النووي "دي إن إي" من أساليب التصنيف الوراثية التي تستخدم علامات جينية قصيرة في الحمض النووي للكائنات الحية للتعرف على النوع الحيوي الذي تنتمي له، بنفس الطريقة التي يتم بها التعرف على "شريط التشفير" المستخدم في تسعير المنتجات التي يمكن شراؤها من الأسواق أو المتاجر الكبيرة.

كما تتضمن الطريقة فك تسلسلات الحمض النووي البيئي (eDNA) لتحديد العديد من الكائنات الحية داخل نفس العينة البيئية.

تحديدات دقيقة

باستخدام نماذج علمية شائعة لتقييم التنوع البيولوجي أثبتت الدراسة أن طريقة مختبر حاجيباي (الباركود الفوقي للحمض النووي "دي إن إي") اكتشفت نطاقا أوسع بكثير من التنوع البيولوجي للافقاريات المائية الكبيرة مقارنة بطريقة التعرف الظاهري للعينات.

قال حاجيباي "باستخدام طرق التحليل الجينومية المتقدمة، تسمح طريقتنا الجديدة بمعالجة عدد كبير من العينات دون الحاجة إلى فصل وفرز اليرقات الصغيرة للافقاريات المائية الكبيرة".

توضح الدراسة أن طريقة مختبر حاجيباي صالحة للغاية في مثل هذه الدراسات البيئية المتقدمة للكشف عن أنماط المجتمعات العشوائية للكائنات الحية.

وقال د. دونالد بيرد عالم البيئة وتغير المناخ في كندا "حدت عدم قدرتنا على إجراء تعريفات دقيقة لمئات الأنواع الحيوية التي تضمها هذه المجتمعات شديدة التنوع من إمكانيتنا لقياس تدهور الخدمات الحيوية التي تحتاجها الطيور المهاجرة والحياة البرية".

وأضاف "يمكن أن يكون لهذه الآثار عواقب وخيمة على المجتمعات المحلية التي تعتمد على هذه الموائل الحرجة لتحقيق الأمن الغذائي".

نقطة انطلاق هامة

أظهرت المحاكاة المستخدمة في الدراسة أيضا أن طريقة مختبر حاجيباي كانت أكثر كفاءة، ووفرت القوة الإحصائية المطلوبة لاكتشاف التغيير على نطاق أوسع على مستوى الطبيعة.

قال حاجيباي "إن القدرة على إثبات عملية الباركود الفوقي للحمض النووي (دي إن إي) كأداة فعالة في التحليلات البيئية عبر المكان والزمان، وفي النظم البيئية الحرجة مثل دلتا بيس-أثاباسكا، هي نقطة انطلاق هامة لتطبيق أوسع لهذا النهج".

يقوم الباحث نفسه حاليا بتطبيق منهجيات طريقتهم المستخدمة في هذه الدراسة لتقييم مستجمعات المياه الرئيسية بجميع أنحاء كندا في برنامج جديد يسمى "ستريم" (STREAM) الذي بدأ العام الماضي بالشراكة مع شبكة وطنية من برامج المراقبة الحيوية المجتمعية.