Med hladno meglo in črno kamnino lave botanik Vicki Funk obreže steblo iz havajske rastline z rumeno cvetočo, imenovano 'ilima ( Sida fallax ). "Ko lava pride v ocean, to kolonizira nove otoke, " pojasnjuje.
Sorodne vsebine
- Kaj nam lahko sporočajo genske raziskave o biotski raznovrstnosti Zemlje
Funk, raziskovalec Nacionalnega muzeja narave zgodovine Smithsonian, je daleč od Havajev. Namesto tega je v sobi na konzervatoriju s steklenimi stenami ameriškega Botaničnega vrta v Washingtonu, DC Potem ko steblo hitro stisne na čist list tankega papirja, ga Funk doda v svoj spis s stisnjenimi rastlinami, podoben harmoniki. Vsaka je ohranjena med papirjem in kartonom, prekrivana z lesenimi letvicami in povezana s svetlo oranžnimi trakovi. Medtem sta v njenem laboratoriju pripravniki srednje šole in univerze iz istega obrata izrezali vzorec tkiv in ga hitro zalepili v epruveto, ki je shranjena v napihnjenem kotlu tekočega dušika. Za 'ilima je hitrost bistvenega pomena. "DNK začne razpadati skoraj takoj, " razlaga Funk.
V sredo sta se Funk in njen oddelek pomerili po vrtu in med drugim odvzeli vzorce drugih dreves - kakavovega drevesa, aloe snežinke in mravljice. Njeno delo je del pobude Smithsonian's Global Genome Initiative (GGI), ki je ta teden začela velik projekt poletnega vrta.
Sida fallax ali 'ilima živi v vulkanskem kamnitem habitatu na konzervatoriju ameriškega botaničnega vrta, daleč od rodnega doma na Havajih. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) GGI se je začel pred dvema letoma, njegov cilj pa je ohraniti polovico svetovne biotske raznovrstnosti v skladiščih po vsem svetu. Za dosego tega cilja so raziskovalci vzorčno raziskovali rastline, živali in žuželke v poljskih odpravah po vsem svetu. "Zamislite si to kot biološko zaščito 21. stoletja, " pravi Jon Coddington, entomolog v muzeju, ki nadzira projekt.
Za rastline to pomeni združitev stare šole z novimi šolskimi tehnikami zbiranja. Botaniki že dolgo uporabljajo lesene rastlinske stiskalnice za dokumentiranje listov, cvetov in celo korenin v tradicionalnem vzorcu herbarija. Zdaj s suspendiranjem vzorcev tkiv v silikagelu in zamrzovanjem v tekočem dušiku lažje razumejo rastlinske genetske skrivnosti. Stisnjeni vzorci se bodo posušili, da bi ubili morebitne potepuške hrošče, vzorci tkiv pa bodo shranjeni v velikanskih kriogenih komorah v podpornem centru za muzejske ustanove v Suitlandu v Marylandu.
Stisnjeni vzorci herbarija nam lahko povejo toliko o rastlinah, ker se njihov DNK sčasoma razgradi. Ohranjanje genetske rastline odpira številne raziskovalne možnosti, toda "dostop do materiala za kakovost genom je najbolj omejujoč korak v genomiki rastlin, " pravi Coddington. Najboljši način za ohranitev DNK je, da ga zamrznemo v tekočem dušiku in ga shranimo v prostorih, kot je kriogeniško odlagališče zavoda - enega največjih te vrste.
Vzorci tkiv iz rastlin v projektu GGI Gardens bodo shranjeni v ogromnih kriogenih rezervoarjih, napolnjenih s tekočim dušikom. Ti zamrzovalni zamrzovalniki lahko vsebujejo do 4 milijone vzorcev. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Raziskovalci vedo veliko o rastlinah, koristnih za človeka, vendar so v družinskem drevesu rastlin ogromne vrzeli. Zapolnitev teh vrzeli lahko zapolni množica rastlinskih genomov. Na srečo je tehnologija za to postala v zadnjem desetletju precej cenejša in hitrejša. „Trajalo je deset let, da je sledil človeški genom. Zdaj bi to lahko storili v približno eni uri, "pravi John Kress, botanik v muzeju in Smithsonianov podsekretar za znanost.
Trenutno imajo raziskovalci genomske vzorce iz približno treh odstotkov rodov rastlin po vsem svetu. Čez poletje bodo terenske ekipe - samo z zbiranjem po vrtovih in parkih v Washingtonu, DC - prizadevale vzorčiti polovico svetovnih rastlinskih družin. Nato bodo projekt odpeljali na pot do drugih botaničnih vrtov. V naslednjih dveh letih znanstveniki upajo, da bodo zbrali vzorce polovice rastlinskih rodov, ki naseljujejo Zemljo. "Od treh do 50 odstotkov je to velika razlika, " pravi Coddington.
Kljub temu bi trajalo nekaj zaporednih rastlin. Za zdaj želi GGI vzorce dobiti na ledu. Za lažjo identifikacijo bodo ustvarili DNK črtno kodo za vsak vzorec z zaporedjem dveh genov, ki se razlikujejo od ene do druge rastline. Vzorci bodo shranjeni v spletni podatkovni zbirki in na voljo ljubiteljem rastlin in raziskovalcem po vsem svetu. Za zdaj lahko ta knjižnica pomaga prepoznati rastline po vsem svetu, znanstveniki pa jo lahko uporabijo za zaporedje in preučevanje celotnih rastlinskih genomov.
Botanični vrt se morda zdi nenavadno poljsko rastišče. Običajno si zamislijo botanike, ki lovijo džungle in plezajo po gorskih vrhovih, da nabirajo redke in neodkrite rastline. Študentka Morgana Gostela iz funka in botanike se je v Andih sprehodila na visokih nadmorskih višinah, da bi nabirala rastlinske primerke, včasih kampirala pri nižjih temperaturah in v gore potegnila rezervoarje s tekočim dušikom. Zaradi te ekspedicije se lahko veliko bolj približate domu, z izrazito lepšim vremenom in obilico kosila. Vendar se "umazano delo izdelave zbirke v resnici ne razlikuje od tistega, kar bi počeli na terenu, " ugotavlja Gostel.
Sarah Gabler vzame vzorec tkiva iz encima plymouth rose ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Epruvete so zavite v folijo in jih spustijo v prenosni rezervoar s tekočim dušikom. (Ameriški botanični vrt) 
Kristen Van Neste in Vicki Funk pritiskata na roza cvetlični vzorec plymouth rose encijana. Za vzorčenje sezonskega cvetenja so bile izbrane rastline. (Ameriški botanični vrt) 
Funk in njena ekipa lovijo rastline, da bi jih vzorčili na USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk je izrezala vzorec redke aloe snežinke ( Aloe rauhii ), ki je rojena z Madagaskarja. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
V vzorcu rastlinskih stiskalnic Funk čaka, da se vzorec snežinke aloe strdi. Pri ustvarjanju stiskanja poskušajo vključiti čim več delov rastline od cvetov do korenin. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler in Vicki Funk spustita epruveto, ki vsebuje vzorec tkiva iz mravlje rastline ( Hydnophytum formicarum ) v svojo posodo s tekočim dušikom. Drobne mravlje naseljujejo stebla te rastline. (Ameriški botanični vrt) 
Kustos rastlin Bill McLaughlin iz ameriškega botaničnega vrta drži drevesa kakava ( Theobroma cacao ), eno od več rastlin, vzorčenih na demonstracijah v sredo. Nekateri rastlinski genomi, koristni za človeško kmetijstvo, na primer kakao, so že bili sekvencirani. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Interniranci (levo desno) Sarah Gabler, Asia Hill in Kristen Van Neste gledata, ko Vicki Funk (skrajno desno) zategne svoj rastlinski tisk, da bi ohranila vzorec močne rastline, imenovane šentjanževka plymouth ( Sabatia kennedyuana Fernald ) v ameriškem botaničnem vrtu 8. julija 2015. Skupina je posnela tudi opombe in slike, da so jih pospravili z zamrznjenimi vzorci, ki so jih zbrali. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill in Morgan Gostel si oddahnejo od vzorčnih rastlin in si predstavljajo skupinsko fotografijo zunaj ameriškega konzervatorija Botanični vrt. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) Zakaj torej neortodoksno prizorišče? Kot muzeji živih rastlin so vrtovi idealno mesto za zapolnitev teh vrzeli z dobro dokumentiranimi vzorci, pripravljenimi za genomsko zaporedje. "Botanični vrtovi zbirajo take zbirke, ponekod že sto let, segajo celo v renesanso, " pravi direktor vrta Ari Novy. Vrtovi služijo tudi kot krovne organizacije za skupine, ki sodelujejo pri odkrivanju vrst. Nekateri so tudi domovi semenskih bank in so specializirani za posebne vrste rastlin.
Raziskovalci se lahko naučijo vseh stvari od vzorcev semen in tkiv, od prepoznavanja invazivnih vrst do odgovorov na velika vprašanja o evoluciji rastlin. "Brezmejno je, " ugotavlja Félix Forest, biološki evolucijski rastlin v kraljevem botaničnem vrtu Kew v Veliki Britaniji. Kew deluje na podobnem projektu za ohranitev genetskih vzorcev 25 odstotkov divjih rastlinskih vrst do leta 2020.
GGI in Kew sta del večjega gibanja za ohranjanje raznolikosti rastlin v bioloških skladiščih, kot sta kriogenični objekt Smithsonian in Svalbardov semenski trezor v Antarktiki. Združili so se s podobnimi organizacijami in oblikovali Globalno mrežo biotske raznovrstnosti genom (GGBN).
Kaj je hitenje? "V idealnem primeru bi želeli ohraniti živi primerek, vendar to postaja manj izvedljivo, " pravi Coddington. Prejšnji mesec so raziskovalci namigovali, da je Zemlja že sredi šestega dogodka množičnega izumrtja. Znanstveniki želijo z uničevanjem habitatov in množico groženj podnebnih sprememb na obzorju ohraniti nekaj vzorcev, čeprav še vedno lahko. "Pri tem je določena nujnost, " doda Kress.
Če ohranjamo te genome zdaj, nam lahko pomaga, da se jih v prihodnosti naučimo. Forest se strinja, "Če imamo to genetsko raznolikost ohranjeno na nek način, se lahko nanjo vrnemo čez 20 let." Poleg učenja iz rastlinske DNK so raziskovalci lahko oživili tudi izumrle rastline. Ideja o vrnitvi vrste pred smrtjo seveda prihaja s polemiko, vendar ne gremo predse. Gozdna opozorila: "To ni Jurski park - še ni." Toda tehnologija se giblje tako hitro, da kdo ve, kaj bi lahko naredili s cevjo DNK čez 20 let. "
