ในช่วงปลายปี ในช่วงทศวรรษ 1980 ที่ศูนย์วิจัยของรัฐบาลกลางในเพนซาโคลา ฟลอริดา Tamar Barkay ใช้โคลนในลักษณะที่พิสูจน์ให้เห็นถึงการปฏิวัติในลักษณะที่เธอไม่เคยจินตนาการมาก่อนในขณะนั้น นั่นคือเทคนิคเวอร์ชันหยาบที่ขณะนี้เขย่าวงการวิทยาศาสตร์หลายแห่ง บาร์เคย์เก็บตัวอย่างโคลนหลายตัวอย่าง ตัวอย่างหนึ่งมาจากอ่างเก็บน้ำภายในประเทศ อีกตัวอย่างจากลำธารกร่อย และตัวอย่างที่สามจากหนองน้ำเค็มที่อยู่ต่ำ เธอใส่ตัวอย่างตะกอนเหล่านี้ลงในขวดแก้วในห้องแล็บ จากนั้นจึงเติมปรอท ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าตะกอนพิษ
ในเวลานั้น Barkay ทำงานให้กับสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม และเธอต้องการทราบว่าจุลินทรีย์ในโคลนมีปฏิกิริยาอย่างไรกับสารปรอท ซึ่งเป็นมลพิษทางอุตสาหกรรม ซึ่งจำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับ ทั้งหมด สิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมที่กำหนด ไม่ใช่แค่ส่วนเล็กๆ ที่สามารถเจริญเติบโตได้ในจานเพาะเชื้อในห้องปฏิบัติการ แต่คำถามที่ซ่อนอยู่นั้นเป็นคำถามพื้นฐานมากจนยังคงเป็นหนึ่งในคำถามพื้นฐานที่ขับเคลื่อนข้ามชีววิทยา ขณะที่บาร์เคย์ซึ่งตอนนี้เกษียณแล้ว ได้ให้สัมภาษณ์ล่าสุดจากโบลเดอร์ โคโลราโดว่า “มีใครอยู่ที่นั่นบ้าง” และที่สำคัญไม่แพ้กัน เธอกล่าวเสริมว่า “พวกเขากำลังทำอะไรอยู่ที่นั่น”
คำถามดังกล่าวยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน โดยถามโดยนักนิเวศวิทยา เจ้าหน้าที่สาธารณสุข นักชีววิทยาด้านการอนุรักษ์ เจ้าหน้าที่นิติเวช และผู้ที่ศึกษาวิวัฒนาการและสภาพแวดล้อมโบราณ และคำถามเหล่านี้ผลักดันให้นักระบาดวิทยาและนักชีววิทยาเกี่ยวกับรองเท้าและหนังไปยังอีกมุมหนึ่งของโลก
1987 กระดาษ Barkay และเพื่อนร่วมงานของเธอตีพิมพ์ใน วารสารวิธีการทางจุลชีววิทยา ได้กล่าวถึงวิธีการ-"การสกัด DNA ด้านสิ่งแวดล้อมโดยตรง" ซึ่งจะช่วยให้นักวิจัยสามารถทำการสำรวจสำมะโนประชากรได้ มันเป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริง แม้ว่าจะค่อนข้างยุ่งเหยิงก็ตาม สำหรับการตรวจจับว่าใครอยู่ข้างนอกนั้น บาร์เคย์ใช้มันไปตลอดอาชีพการงานของเธอ
ในปัจจุบัน การศึกษานี้ถูกอ้างถึงว่าเป็นการสรุปเบื้องต้นของ eDNA หรือ DNA ด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นวิธีการสังเกตความหลากหลายและการกระจายตัวของสิ่งมีชีวิตที่มีราคาไม่แพง แพร่หลาย และเป็นไปได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคก่อนหน้านี้ ซึ่งสามารถระบุ DNA จากสิ่งมีชีวิตเดี่ยวๆ ได้ วิธีการนี้ยังรวบรวมกลุ่มเมฆที่หมุนวนของสารพันธุกรรมอื่นๆ ที่ล้อมรอบมันด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สนามได้เติบโตขึ้นอย่างมาก “มีบันทึกประจำวันของตัวเอง” Eske Willerslev นักพันธุศาสตร์วิวัฒนาการจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนกล่าว “มันมีสังคมของตัวเอง สังคมวิทยาศาสตร์ มันกลายเป็นสนามที่จัดตั้งขึ้นแล้ว”
“เราทุกคนเป็นขุยใช่ไหม? มีเศษเซลล์หลุดลอกออกตลอดเวลา”
eDNA ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือเฝ้าระวัง ช่วยให้นักวิจัยมีวิธีการตรวจจับสิ่งที่ดูเหมือนจะตรวจไม่พบ โดยการสุ่มตัวอย่าง eDNA หรือส่วนผสมของสารพันธุกรรม—นั่นคือ ชิ้นส่วนของ DNA, พิมพ์เขียวของชีวิต—ในน้ำ, ดิน, แกนน้ำแข็ง, สำลี หรือสภาพแวดล้อมใด ๆ ก็ตามเท่าที่จะจินตนาการได้ แม้แต่อากาศเบาบาง ทำให้ตอนนี้เป็นไปได้ที่จะค้นหา สิ่งมีชีวิตเฉพาะหรือรวบรวมภาพรวมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในสถานที่ที่กำหนด แทนที่จะตั้งกล้องเพื่อดูว่าใครข้ามชายหาดในเวลากลางคืน eDNA จะดึงข้อมูลนั้นออกมาจากรอยเท้าบนผืนทราย “เราทุกคนต่างก็เป็นขุยใช่ไหม?” Robert Hanner นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Guelph ในแคนาดากล่าว “มีเศษเซลล์หลุดลอกออกตลอดเวลา”
เนื่องจากเป็นวิธีการยืนยันการมีอยู่ของบางสิ่ง eDNA จึงไม่สามารถป้องกันข้อผิดพลาดได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งมีชีวิตที่ตรวจพบใน eDNA อาจไม่อาศัยอยู่ในตำแหน่งที่เก็บตัวอย่าง ฮันเนอร์ยกตัวอย่างนกที่ผ่านไปมา นั่นคือนกกระสา ซึ่งกินซาลาแมนเดอร์แล้วอุจจาระออกมาบางส่วน DNA ซึ่งอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่สัญญาณของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำปรากฏอยู่ในบางพื้นที่ที่ไม่เคยพบพวกมันมาก่อน
ถึงกระนั้น eDNA ก็มีความสามารถในการช่วยสืบค้นร่องรอยทางพันธุกรรม ซึ่งบางส่วนหลุดออกไปในสิ่งแวดล้อม นำเสนอวิธีการที่น่าตื่นเต้นและอาจจะหนาวเหน็บในการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต รวมถึงมนุษย์ ในขณะที่พวกเขาดำเนินธุรกิจในแต่ละวัน
...
แนวความคิด พื้นฐานสำหรับ eDNA ซึ่งออกเสียงว่า EE-DEE-EN-AY ไม่ใช่ ED-NUH มีอายุย้อนกลับไปหลายร้อยปีก่อนก่อนที่จะมีการถือกำเนิดของสิ่งที่เรียกว่าอณูชีววิทยา และมักมีสาเหตุมาจาก Edmond Locard นักอาชญวิทยาชาวฝรั่งเศสที่ทำงานในยุคแรก ๆ ศตวรรษที่ 20. ในชุดของ เอกสาร ตีพิมพ์ในปี 1929 Locard เสนอหลักการ: ทุกการติดต่อทิ้งร่องรอย โดยพื้นฐานแล้ว eDNA ได้นำหลักการของ Locard มาสู่ศตวรรษที่ 21
ในช่วงหลายทศวรรษแรก สาขาวิชาที่กลายมาเป็น eDNA รวมถึงผลงานของ Barkay ในช่วงทศวรรษ 1980 มุ่งเน้นไปที่ชีวิตของจุลินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ เมื่อมองย้อนกลับไปที่วิวัฒนาการของมัน eDNA ดูเหมือนจะค่อย ๆ เคลื่อนตัวออกมาจากโคลนที่เป็นสุภาษิต
จนกระทั่งปี 2003 วิธีการดังกล่าวได้กลายมาเป็น ระบบนิเวศน์ที่หายไป. นำโดย Willerslev การศึกษาในปี 2003 ดึง DNA โบราณออกจากตะกอนน้อยกว่าหนึ่งช้อนชา ซึ่งแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงความเป็นไปได้ในการตรวจจับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ด้วยเทคนิคนี้ รวมถึงพืชและแมมมอธที่มีขน ในการศึกษาเดียวกัน ตะกอนที่เก็บในถ้ำนิวซีแลนด์ (ซึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่เคยถูกแช่แข็ง) เผยให้เห็นนกที่สูญพันธุ์แล้ว: โมอา สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดคือการประยุกต์ใช้ในการศึกษา DNA โบราณเหล่านี้เกิดขึ้นจากมูลสัตว์จำนวนมหาศาลที่ตกลงบนพื้นเมื่อหลายแสนปีก่อน
Willerslev คิดแนวคิดนี้ครั้งแรกเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ ขณะที่ใคร่ครวญถึงกองขยะล่าสุด: ระหว่างปริญญาโทและปริญญาเอก ในโคเปนเฮเกน เขาพบว่าตัวเองอยู่ในสภาพไร้จุดหมาย กำลังดิ้นรนเพื่อให้ได้กระดูก ซากโครงกระดูก หรือตัวอย่างทางกายภาพอื่นๆ เพื่อศึกษา แต่ในฤดูใบไม้ร่วงวันหนึ่ง เขามองออกไปนอกหน้าต่างไปที่ "สุนัขตัวหนึ่งกำลังหาเรื่องไร้สาระอยู่บนถนน" เขาเล่า ฉากนี้ทำให้เขานึกถึง DNA ในอุจจาระ และวิธีที่ฝนถูกชะล้างออกไปโดยไม่ทิ้งร่องรอยไว้ให้เห็น แต่วิลเลอร์สเลฟสงสัยว่า “'เป็นไปได้ไหมที่ DNA จะสามารถอยู่รอดได้?' นั่นคือสิ่งที่ฉันตั้งขึ้นเพื่อพยายามค้นหา”
งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงการคงอยู่ของ DNA ที่น่าทึ่ง ซึ่งเขากล่าวว่าสามารถอยู่รอดได้ในสิ่งแวดล้อมได้นานกว่าที่ประมาณการไว้ก่อนหน้านี้ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา Willerslev ได้วิเคราะห์ eDNA ในทุ่งทุนดราแช่แข็งในกรีนแลนด์ยุคปัจจุบัน ย้อนหลังไป 2 ล้านปีก่อน และเขากำลังทำงานกับตัวอย่างจากนครวัด ซึ่งเป็นกลุ่มปราสาทขนาดมหึมาในกัมพูชาที่เชื่อกันว่าสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 12 “มันควรจะเป็นการอนุรักษ์ DNA ที่เลวร้ายที่สุดเท่าที่คุณจะจินตนาการได้” เขากล่าว “ฉันหมายถึงว่ามันร้อนและชื้น”
แต่เขาบอกว่า "เราสามารถเอา DNA ออกมาได้"
eDNA มีความสามารถในการช่วยสืบค้นร่องรอยทางพันธุกรรม โดยนำเสนอวิธีการที่น่าตื่นเต้นและอาจจะหนาวเหน็บในการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในขณะที่พวกมันดำเนินธุรกิจในแต่ละวัน
ปัจจุบัน Willerslev แทบจะอยู่เพียงลำพังในการมองเห็นเครื่องมือที่มีศักยภาพพร้อมการใช้งานที่ไร้ขีดจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปัจจุบันที่ความก้าวหน้าทำให้นักวิจัยสามารถจัดลำดับและวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมในปริมาณที่มากขึ้น “มันเป็นหน้าต่างที่เปิดกว้างสำหรับหลายสิ่งหลายอย่าง” เขากล่าว “และมากกว่าที่ฉันคิดได้ ฉันแน่ใจ” มันไม่ใช่แค่แมมมอธโบราณหรอกเหรอ? eDNA สามารถเปิดเผยสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันที่ซ่อนอยู่ท่ามกลางพวกเราได้
นักวิทยาศาสตร์ใช้ eDNA เพื่อติดตามสิ่งมีชีวิตทุกรูปทรงและขนาด ไม่ว่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียว เช่น สาหร่ายที่รุกรานเป็นชิ้นเล็กๆ ปลาไหลในทะเลสาบล็อคเนส หรือตุ่นทรายไร้การมองเห็นที่ไม่ได้พบเห็นมาเกือบ 90 ปี นักวิจัยสุ่มตัวอย่างชุมชนทั้งหมด เช่น โดยการดู eDNA ที่พบในดอกไม้ป่า หรือ eDNA ที่ปลิวไปตามสายลม เพื่อเป็นตัวแทนของนก ผึ้ง และแมลงผสมเกสรของสัตว์อื่นๆ ทั้งหมด
...
ต่อไป การก้าวกระโดดทางวิวัฒนาการในประวัติศาสตร์ของ eDNA เกิดขึ้นจากการค้นหาสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำของโลก ในปี พ.ศ. 2008 ก พาดหัวข่าวปรากฏขึ้น: "น้ำเก็บความทรงจำ DNA ของสายพันธุ์ที่ซ่อนอยู่" มันไม่ได้มาจากหนังสือพิมพ์แท็บลอยด์ในซุปเปอร์มาร์เก็ต แต่เป็นสิ่งพิมพ์ทางการค้า Chemistry World ซึ่งบรรยายถึงผลงานของนักวิจัยชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ ตาแบร์เลต์ และเพื่อนร่วมงานของเขา กลุ่มนี้ออกตามหากบบูลฟร็อกสีน้ำตาลและเขียว ซึ่งมีน้ำหนักมากกว่า 2 ปอนด์ และเนื่องจากพวกมันตัดหญ้าทุกอย่างที่ขวางหน้า จึงถือเป็นสายพันธุ์ที่รุกรานในยุโรปตะวันตก การค้นหาอึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับนักสัตว์วิทยาผู้ชำนาญในการสแกนแนวชายฝั่งด้วยกล้องส่องทางไกล จากนั้นจึงกลับมาหลังพระอาทิตย์ตกดินเพื่อฟังเสียงเรียกของพวกมัน ที่ กระดาษ 2008 แนะนำวิธีที่ง่ายกว่า—แบบสำรวจที่ต้องใช้บุคลากรน้อยกว่ามาก
“คุณสามารถดึง DNA จากสายพันธุ์นั้นขึ้นมาจากน้ำได้โดยตรง” ฟิลิป ทอมเซน นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Aarhus (ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาวิจัยนี้) กล่าว “และนั่นเป็นจุดเริ่มต้นของ DNA ด้านสิ่งแวดล้อม”
กบนั้นตรวจจับได้ยาก และแน่นอนว่าพวกมันไม่ใช่กบสายพันธุ์เดียวที่หลบเลี่ยงการตรวจจับแบบบู๊ทบนพื้นดินมากกว่า ทอมเซ่นเริ่มทำงานกับสิ่งมีชีวิตอื่นที่ทำให้การวัดสับสนอย่างฉาวโฉ่: ปลา. บางครั้งมีการกล่าวกันว่าการนับปลานั้นคล้ายกับการนับต้นไม้อย่างคลุมเครือ ยกเว้นว่าพวกมันจะเดินอย่างอิสระในที่มืด และตัวนับปลาก็นับจำนวนปลาขณะปิดตา DNA ด้านสิ่งแวดล้อมทำให้ผ้าปิดตาหล่นลง หนึ่ง ทบทวน วรรณกรรมที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ แม้ว่าจะมีคำเตือน รวมถึงการตรวจจับหรือรายละเอียดเกี่ยวกับความอุดมสมบูรณ์ที่ไม่สมบูรณ์และไม่แม่นยำ พบว่าการศึกษา eDNA เกี่ยวกับปลาน้ำจืดและปลาทะเลและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำมีจำนวนมากกว่าการศึกษาบนบก 7:1
ในปี 2011 Thomsen ซึ่งในขณะนั้นเป็นปริญญาเอก ผู้สมัครในห้องทดลองของ Willerslev ซึ่งตีพิมพ์ กระดาษ แสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้สามารถตรวจจับได้ หายาก และสัตว์ที่ถูกคุกคาม เช่น สัตว์ที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำในยุโรป รวมถึงสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น นาก สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง และแมลงปอ “เราแสดงให้เห็นแล้วว่าแก้วน้ำเพียงแก้วเดียวก็เพียงพอที่จะตรวจจับสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้” เขากล่าว Undark- เห็นได้ชัดว่าวิธีนี้มีการประยุกต์ใช้โดยตรงในชีววิทยาการอนุรักษ์เพื่อการตรวจจับและติดตามชนิดพันธุ์
ในปี 2012 วารสาร Molecular Ecology ได้ตีพิมพ์ ฉบับพิเศษเกี่ยวกับ eDNAและ Taberlet และเพื่อนร่วมงานหลายคนได้สรุปคำจำกัดความในการทำงานของ eDNA ว่าเป็น DNA ใดๆ ที่แยกได้จากตัวอย่างด้านสิ่งแวดล้อม วิธีการนี้อธิบายสองแนวทางที่คล้ายกันแต่แตกต่างกันเล็กน้อย: เราสามารถตอบคำถามใช่หรือไม่ใช่ได้: มีกบอึ่ง (หรืออะไรก็ตาม) ปรากฏอยู่หรือไม่? โดยการสแกนบาร์โค้ดเชิงเปรียบเทียบ ซึ่งเป็นลำดับสั้นๆ ของ DNA ที่เฉพาะเจาะจงสำหรับสายพันธุ์หรือตระกูลที่เรียกว่าไพรเมอร์ เครื่องสแกนการชำระเงินเป็นเทคนิคทั่วไปที่เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรสแบบเรียลไทม์เชิงปริมาณหรือ qPCR
นักวิทยาศาสตร์ใช้ eDNA เพื่อติดตามสิ่งมีชีวิตทุกรูปร่างและขนาด ไม่ว่าจะเป็นสาหร่ายที่รุกรานเพียงชิ้นเล็กๆ ปลาไหลในทะเลสาบล็อคเนส หรือไฝที่อาศัยอยู่ในทรายซึ่งมองไม่เห็นซึ่งไม่ได้พบเห็นมาเกือบ 90 ปี
อีกวิธีหนึ่งที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ DNA metabarcoding โดยพื้นฐานแล้วแยกรายชื่อสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ในตัวอย่างที่กำหนด “คุณถามหน่อยสิ นี่มันเรื่องอะไรกัน” ทอมเซ่นกล่าวว่า “แล้วคุณก็รู้ทุกอย่าง แต่คุณก็เจอเรื่องเซอร์ไพรส์ด้วยใช่ไหม? เพราะมีบางชนิดที่คุณไม่รู้ว่ามีอยู่จริง”
จุดมุ่งหมายคือการหาเข็มในกองหญ้า ความพยายามอื่นที่จะเปิดเผยกองหญ้าทั้งหมด eDNA แตกต่างจากเทคนิคการเก็บตัวอย่างแบบดั้งเดิมที่สิ่งมีชีวิต เช่น ปลา ถูกจับ จัดการ เครียด และบางครั้งก็ถูกฆ่า ข้อมูลที่ได้รับมีวัตถุประสงค์ มันเป็นมาตรฐานและเป็นกลาง
"eDNA ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง จะยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการสำคัญในวิทยาศาสตร์ชีวภาพ" Mehrdad Hajibabaei นักชีววิทยาระดับโมเลกุลจากมหาวิทยาลัย Guelph ผู้บุกเบิกแนวทาง metabarcoding กล่าว และใคร สืบ ตกปลาลึกประมาณ 9,800 ฟุตใต้ทะเลลาบราดอร์ “ทุกๆ วัน ฉันเห็นบางสิ่งผุดขึ้นมาซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นกับฉัน”
...
ในปีที่ผ่านมา, สาขา eDNA ได้ขยายออกไป ความไวของวิธีการนี้ทำให้นักวิจัยสามารถสุ่มตัวอย่างสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้ เช่น การจับ eDNA จากทางอากาศ ซึ่งเป็นแนวทางที่เน้นย้ำถึงคำมั่นสัญญาของ eDNA และข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น eDNA ในอากาศดูเหมือนจะไหลเวียนบนแถบฝุ่นทั่วโลก ซึ่งบ่งบอกถึงความอุดมสมบูรณ์และการมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง และสามารถกรองและวิเคราะห์เพื่อติดตามพืชและสัตว์บกได้ แต่ eDNA ที่ปลิวไปตามลมสามารถนำไปสู่การปนเปื้อนโดยไม่ตั้งใจได้
ในปี 2019 Thomsen ยกตัวอย่างเช่น ทิ้งน้ำบริสุทธิ์พิเศษไว้สองขวด ออกไปในที่โล่ง แห่งหนึ่งอยู่ในทุ่งหญ้า และอีกแห่งหนึ่งอยู่ใกล้ท่าเรือทางทะเล หลังจากนั้นไม่กี่ชั่วโมง น้ำก็มี eDNA ที่เกี่ยวข้องกับนกและแฮร์ริ่งที่ตรวจพบได้ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีร่องรอยของสายพันธุ์ที่ไม่ใช่บนบกเกาะอยู่ในตัวอย่าง เห็นได้ชัดว่าสิ่งมีชีวิตไม่ได้อาศัยอยู่ในขวด “มันต้องมาจากทางอากาศ” ทอมเซ่นบอกกับ Undark ผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงปัญหาสองเท่า ประการแรก หลักฐานร่องรอยสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้ โดยที่สิ่งมีชีวิตสองตัวที่สัมผัสกันสามารถลากไปรอบๆ DNA ของอีกตัวหนึ่งได้ และเพียงเพราะมี DNA บางตัวอยู่ไม่ได้หมายความว่าสายพันธุ์นั้นอยู่ที่นั่นจริงๆ .
ยิ่งไปกว่านั้น ยังไม่มีการรับประกันว่าการมีอยู่ของ eDNA บ่งชี้ว่าสายพันธุ์ยังมีชีวิตอยู่ และยังจำเป็นต้องมีการสำรวจภาคสนาม เพื่อทำความเข้าใจความสำเร็จในการผสมพันธุ์ของสายพันธุ์ สุขภาพของพวกมัน หรือสถานะของถิ่นที่อยู่ของมัน จนถึงขณะนี้ eDNA ไม่จำเป็นต้องแทนที่การสังเกตหรือการเก็บรวบรวมทางกายภาพ ในการศึกษาอื่นซึ่งกลุ่มของทอมเซ่นได้รวบรวมไว้ อีดีเอ็นเอ สำหรับดอกไม้เพื่อค้นหานกผสมเกสร eDNA มากกว่าครึ่งหนึ่งที่รายงานในรายงานนี้มาจากมนุษย์ การปนเปื้อนที่อาจทำให้ผลลัพธ์ขุ่นมัว และทำให้ยากต่อการตรวจจับแมลงผสมเกสรที่เป็นปัญหา
ในทำนองเดียวกันในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2023 ทีมมหาวิทยาลัยฟลอริดาที่เคยศึกษาเต่าทะเลด้วยร่องรอย eDNA ทิ้งไว้ขณะคลานไปตามชายหาด การตีพิมพ์ กระดาษที่กลายมาเป็น DNA ของมนุษย์ กลุ่มตัวอย่างมีความสมบูรณ์เพียงพอที่จะตรวจจับการกลายพันธุ์ที่สำคัญซึ่งสักวันหนึ่งอาจใช้เพื่อระบุตัวบุคคลได้ ซึ่งบ่งชี้ว่าการเฝ้าระวังทางชีววิทยายังทำให้เกิดคำถามที่ยังไม่มีคำตอบเกี่ยวกับการทดสอบทางจริยธรรมในมนุษย์และการรับทราบและยินยอม หาก eDNA ทำหน้าที่เป็นอวนล้อม มันก็จะกวาดล้างข้อมูลเกี่ยวกับความหลากหลายทางชีวภาพอย่างไม่เจาะจง และท้ายที่สุดก็จบลงด้วย "ผลพลอยได้จากการจับทางพันธุกรรมของมนุษย์" อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังที่รายงานของทีม UF กล่าวไว้
แม้ว่าจนถึงขณะนี้ปัญหาความเป็นส่วนตัวเกี่ยวกับรอยเท้าบนผืนทรายดูเหมือนจะมีอยู่ในพื้นที่สมมุติเป็นส่วนใหญ่ การใช้ eDNA ในการดำเนินคดีทางกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับสัตว์ป่าไม่เพียงแต่เป็นไปได้เท่านั้น แต่ยังได้เกิดขึ้นจริงแล้วด้วย นอกจากนี้ยังใช้ในการสืบสวนคดีอาญาอีกด้วย เช่น ในปี 2021 กลุ่มนักวิจัยชาวจีน รายงาน eDNA เก็บกางเกงของผู้ต้องสงสัยออกจากกางเกงของผู้ต้องสงสัย ซึ่งตรงกันข้ามกับคำกล่าวอ้างของเขา ซึ่งเผยให้เห็นว่าเขาน่าจะไปที่คลองที่เต็มไปด้วยโคลนซึ่งมีการพบศพ
ข้อกังวลเกี่ยวกับ eDNA นอกเป้าหมายในแง่ของความแม่นยำและการเข้าถึงยาและนิติเวชของมนุษย์ เน้นย้ำถึงข้อบกพร่องอีกประการหนึ่งที่กว้างกว่ามาก ดังที่ Hanner แห่งมหาวิทยาลัย Guelph อธิบายปัญหาไว้ว่า “กรอบการกำกับดูแลและนโยบายของเรามีแนวโน้มที่จะล้าหลังวิทยาศาสตร์อย่างน้อยหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้น”
“ทุกๆ วัน ฉันเห็นบางสิ่งผุดขึ้นมาซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นกับฉัน”
วันนี้มีมากมายนับไม่ถ้วน การใช้งานด้านกฎระเบียบที่เป็นไปได้ สำหรับการตรวจสอบคุณภาพน้ำ การประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม (รวมถึงฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่ง การขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ ไปจนถึงการพัฒนาห้างสรรพสินค้าทั่วไป) การจัดการสายพันธุ์ และการบังคับใช้พระราชบัญญัติสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ ใน คดีแพ่ง สำนักงานปลาและสัตว์ป่าแห่งสหรัฐอเมริกา (US Fish and Wildlife Service) ยื่นฟ้องในปี 2021 ประเมินว่ามีปลาที่เป็นอันตรายอยู่ในลุ่มน้ำแห่งใดแห่งหนึ่งหรือไม่ โดยใช้ eDNA และการสุ่มตัวอย่างแบบดั้งเดิม และพบว่าไม่มี ศาลกล่าวว่าการขาดการคุ้มครองลุ่มน้ำของหน่วยงานนั้นเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผล ดูเหมือนว่าปัญหาไม่ได้อยู่ที่ว่า eDNA ยืนหยัดในศาลหรือไม่ มันทำ. “แต่คุณไม่สามารถพูดได้ว่าบางสิ่งบางอย่างไม่มีอยู่ในสภาพแวดล้อม” ฮาจิบาบาเอกล่าว
เขาเพิ่ง ไฮไลท์ ปัญหาการตรวจสอบความถูกต้อง: eDNA สรุปผลลัพธ์ แต่จำเป็นต้องมีเกณฑ์ที่กำหนดไว้มากกว่านี้เพื่อยืนยันว่าผลลัพธ์เหล่านี้เป็นจริง (สิ่งมีชีวิตมีอยู่จริงหรือหายไป หรือมีในปริมาณที่แน่นอน) ก ชุดการประชุมพิเศษ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเพื่อแก้ไขปัญหามาตรฐานเหล่านี้ ซึ่งเขากล่าวว่ารวมถึงโปรโตคอล ห่วงโซ่การดูแล และเกณฑ์สำหรับการสร้างและวิเคราะห์ข้อมูล ใน ทบทวน ของการศึกษา eDNA นั้น Hajibabaei และเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่าสาขานี้เต็มไปด้วยการศึกษาแบบครั้งเดียวหรือการศึกษาแบบพิสูจน์แนวคิดที่พยายามแสดงให้เห็นว่า eDNA วิเคราะห์ได้ผล การวิจัยยังคงอยู่ในแวดวงวิชาการอย่างท่วมท้น
ด้วยเหตุนี้ ผู้ปฏิบัติงานที่หวังจะใช้ eDNA ในบริบทที่ประยุกต์ บางครั้งอาจถามถึงดวงจันทร์ มีสายพันธุ์นี้อยู่ในสถานที่บางแห่งหรือไม่? ตัวอย่างเช่น Hajibabaei กล่าวว่า เมื่อเร็วๆ นี้มีคนถามเขาว่าเขาสามารถปฏิเสธการมีอยู่ของปรสิตโดยสิ้นเชิงได้หรือไม่ โดยพิสูจน์ว่ามันไม่ได้ปรากฏในฟาร์มเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ “และฉันก็พูดว่า 'ดูสิ ไม่มีทางที่ฉันจะพูดได้ 100 เปอร์เซ็นต์'”
แม้จะมีกรอบการวิเคราะห์ที่เข้มงวด แต่เขากล่าวว่าปัญหาเกี่ยวกับผลลบลวงและผลบวกลวงนั้นแก้ไขได้ยากเป็นพิเศษโดยไม่ต้องทำสิ่งใดสิ่งหนึ่งที่ eDNA ขัดขวาง นั่นก็คือการรวบรวมแบบดั้งเดิมและการตรวจสอบด้วยตนเองมากกว่า แม้ว่าจะมีข้อจำกัด แต่ก็มีบริษัทจำนวนหนึ่งที่เริ่มนำเทคนิคนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว ตัวอย่างเช่น การใช้งานในอนาคตสามารถช่วยบริษัทยืนยันได้ว่าสะพานที่กำลังสร้างจะเป็นอันตรายต่อสัตว์ที่ใกล้สูญพันธุ์ในท้องถิ่นหรือไม่ ชุดเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเป็นตัวกำหนดว่าน้ำที่เลี้ยงปลามีเหาทะเลติดอยู่หรือไม่? หรือเจ้าของที่ดินที่สงสัยว่าการปลูกใหม่ดึงดูดผึ้งพื้นเมืองหลากหลายชนิดหรือไม่
ปัญหาค่อนข้างเป็นพื้นฐาน เนื่องจากชื่อเสียงของ eDNA เป็นวิธีทางอ้อมในการตรวจจับสิ่งที่ตรวจไม่พบ หรือเป็นวิธีแก้ปัญหาในบริบทที่เป็นไปไม่ได้ที่จะจุ่มแหและจับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในทะเล
“มันยากมากที่จะตรวจสอบสถานการณ์เหล่านี้บางส่วน” ฮาจิบาเบอิกล่าว “และนั่นคือธรรมชาติของสัตว์ร้ายโดยพื้นฐาน”
...
อีดีเอ็นเอ เปิดโอกาสมากมายโดยตอบคำถามที่ Barkay ตั้งไว้ (และอีกหลายคนไม่ต้องสงสัยเลย): "มีใครอยู่บ้าง" แต่การให้ข้อมูลบ่งชี้มากขึ้นเรื่อยๆ ว่า "พวกเขากำลังทำอะไรอยู่ที่นั่น" คำถามเช่นกัน Elizabeth Clare ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่ York University ในโตรอนโต ศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพ เธอบอกว่าเธอสังเกตเห็นค้างคาวเกาะอยู่จุดใดจุดหนึ่งในระหว่างวัน แต่ด้วยการรวบรวม eDNA ในอากาศ เธอยังสามารถอนุมานได้ว่าค้างคาวเข้าสังคมที่ไหนในเวลากลางคืน ในอีกทางหนึ่ง ศึกษา, สุนัขเลี้ยงในบ้าน eDNA กลายเป็นซิจิ้งจอกแดง ดูเหมือนว่าสุนัขทั้งสองชนิดจะไม่ได้ผสมพันธุ์กัน แต่นักวิจัยสงสัยว่าความใกล้ชิดของพวกมันทำให้เกิดความสับสนหรือการปนเปื้อนข้ามกันหรือไม่ ก่อนที่จะอธิบายเหตุผลอื่นในท้ายที่สุด นั่นคือ เห็นได้ชัดว่าสุนัขจิ้งจอกกินอุจจาระสุนัข
ดังนั้น แม้ว่า eDNA จะไม่เปิดเผยพฤติกรรมของสัตว์โดยเนื้อแท้ แต่บางกรณีก็กำลังก้าวไปสู่การให้ข้อมูลบ่งชี้ว่าสิ่งมีชีวิตอาจกำลังทำอะไรอยู่ และมันโต้ตอบกับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นอย่างไร ในสภาพแวดล้อมที่กำหนด โดยรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสุขภาพโดยไม่ต้องสังเกตโดยตรง พฤติกรรม.
ลองความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่ง: การตรวจติดตามทางชีวภาพขนาดใหญ่ ในช่วงสามปีที่ผ่านมา ผู้คนจำนวนมากขึ้นกว่าเดิมได้มีส่วนร่วมในการทดลองอันเข้มข้นซึ่งกำลังดำเนินอยู่: การรวบรวมตัวอย่างสิ่งแวดล้อมจากท่อระบายน้ำสาธารณะเพื่อติดตามอนุภาคไวรัส Covid-19 และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ติดเชื้อในมนุษย์ ในทางเทคนิค การเก็บตัวอย่างน้ำเสียเกี่ยวข้องกับวิธีการที่เกี่ยวข้องที่เรียกว่า eRNA เนื่องจากไวรัสบางตัวมีข้อมูลทางพันธุกรรมเท่านั้นที่จัดเก็บไว้ในรูปแบบของ RNA แทนที่จะเป็น DNA ยังคงมีหลักการเดียวกันนี้ใช้ (การศึกษายังแนะนำว่า RNA ซึ่งกำหนดว่าโปรตีนใดที่สิ่งมีชีวิตกำลังแสดงออกนั้นสามารถใช้เพื่อประเมินสุขภาพของระบบนิเวศได้ สิ่งมีชีวิตที่มีสุขภาพดีอาจแสดงโปรตีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงเมื่อเทียบกับโปรตีนที่มีความเครียด) นอกเหนือจากการติดตามความชุกของโรคแล้ว น้ำเสีย การเฝ้าระวังแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำสิ่งหนึ่ง เช่น ท่อระบายน้ำได้รับการออกแบบเพื่อรวบรวมขยะ สามารถถูกสร้างให้เป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการศึกษาอย่างอื่นได้อย่างไร เช่น ตรวจจับเชื้อโรค.
แคลร์มีนิสัยชอบทำแบบนั้น “โดยส่วนตัวแล้ว ฉันเป็นหนึ่งในคนเหล่านั้นที่มักจะใช้เครื่องมือ ไม่ใช่วิธีที่พวกเขาตั้งใจไว้” เธอกล่าว แคลร์เป็นหนึ่งในนักวิจัยที่สังเกตเห็นช่องว่างในการวิจัย: มีงาน eDNA เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตบนบกน้อยกว่ามาก ดังนั้น เธอจึงเริ่มทำงานกับสิ่งที่เรียกว่าตัวกรองตามธรรมชาติ นั่นก็คือหนอนที่ดูดเลือดจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม “การเก็บปลิง 1,000 ตัวนั้นง่ายกว่าการค้นหาสัตว์มาก แต่พวกมันมีอาหารเป็นเลือดอยู่ข้างใน และเลือดก็บรรจุ DNA ของสัตว์ที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์ด้วย” เธอกล่าว “มันเหมือนกับมีผู้ช่วยภาคสนามจำนวนหนึ่งมาสำรวจให้คุณ” จากนั้น นักเรียนคนหนึ่งของเธอก็คิดเช่นเดียวกันกับด้วงมูลสัตว์ ซึ่งเก็บได้ง่ายกว่าอีกด้วย
ขณะนี้แคลร์เป็นหัวหอกในแอปพลิเคชันใหม่สำหรับระบบตรวจสอบต่อเนื่องอีกระบบหนึ่ง โดยใช้ประโยชน์จากเครื่องตรวจวัดคุณภาพอากาศที่มีอยู่ซึ่งตรวจวัดมลพิษ เช่น อนุภาคขนาดเล็ก ขณะเดียวกันก็ดูด eDNA จากท้องฟ้าไปพร้อมๆ กัน ในช่วงปลายปี 2023 เธอมีชุดตัวอย่างเพียงเล็กน้อย แต่ได้ค้นพบแล้วว่า เครื่องมือที่มีอยู่แล้วเหล่านี้เพิ่มตัวกรองสำหรับวัสดุที่เธอตามหาในฐานะผลพลอยได้จากการตรวจสอบคุณภาพอากาศตามปกติ ไม่มากก็น้อย มันเป็นเครือข่ายข้ามทวีปที่ได้รับการควบคุม ซึ่งรวบรวมตัวอย่างในลักษณะที่สอดคล้องกันมากในระยะเวลาอันยาวนาน “จากนั้นคุณสามารถใช้มันเพื่อสร้างอนุกรมเวลาและข้อมูลที่มีความละเอียดสูงทั่วทั้งทวีปได้” เธอกล่าว
ในสหราชอาณาจักรเพียงแห่งเดียว แคลร์กล่าวว่ามีไซต์ที่แตกต่างกันประมาณ 150 แห่ง ดูดอากาศในปริมาณที่ทราบทุกสัปดาห์ ตลอดทั้งปี ซึ่งมีจำนวนประมาณ 8,000 ครั้งต่อปี เมื่อเร็วๆ นี้ แคลร์และผู้เขียนร่วมของเธอได้วิเคราะห์ชุดย่อยเล็กๆ ของการวัด 17 รายการจากสองสถานที่ และสามารถระบุกลุ่มอนุกรมวิธานที่แตกต่างกันได้มากกว่า 180 กลุ่ม พืชและเชื้อรามากกว่า 80 ชนิด สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 26 สายพันธุ์ 34 นกหลากหลายสายพันธุ์ และแมลงอีกอย่างน้อย 35 ชนิด
แน่นอนว่ายังมีสถานที่วิจัยทางนิเวศวิทยาระยะยาวอื่นๆ อยู่ด้วย สหรัฐอเมริกามีเครือข่ายสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าว แต่ขอบเขตการศึกษาไม่รวมถึงโครงสร้างพื้นฐานที่กระจายไปทั่วโลกซึ่งวัดความหลากหลายทางชีวภาพอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการผ่านของนกอพยพไปจนถึงการขยายและการหดตัวของชนิดพันธุ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อาจเป็นไปได้ว่า eDNA น่าจะช่วยเสริมเครือข่ายผู้คนที่กระจัดกระจาย ซึ่งบันทึกการสังเกตเชิงพื้นที่แบบเรียลไทม์ ความละเอียดสูง บนเว็บไซต์ เช่น eBird หรือ iNaturalist เช่นเดียวกับภาพคลุมเครือของกาแลคซีใหม่ทั้งหมดที่ปรากฏ ความละเอียดในปัจจุบันยังคงต่ำ
“มันเป็นระบบการรวบรวมแบบทั่วไป ซึ่งค่อนข้างไม่เคยได้ยินมาก่อนในวิทยาศาสตร์ความหลากหลายทางชีวภาพ” แคลร์กล่าว เธอหมายถึงความสามารถในการดึงสัญญาณ eDNA ออกมาจากอากาศ แต่ความรู้สึกดังกล่าวพูดถึงวิธีการโดยรวม: “มันไม่สมบูรณ์แบบ” เธอกล่าว “แต่ไม่มีอะไรอื่นที่ทำเช่นนั้นได้จริงๆ”
บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ Undark. อ่าน บทความต้นฉบับ. 
เครดิตภาพ: อันดาร์ก + DALL-E
- เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
- ที่มา: https://singularityhub.com/2024/04/02/environmental-dna-is-everywhere-scientists-are-gathering-it-all/
