Hvers vegna fjöldinn allur af nýjum tegundum hefur verið að stara í andlitið á okkur allan tímann

Leðurblökur eru mest karismatískar tegundir sem til eru,“ segir Bryan Carstens , þróunarlíffræðingur við Ohio State University í Columbus. Hér er dýr sem þróaðist frá sama forföður og við og samt fljúga flestar tegundir um, veiða skordýr í myrkri með því að öskra á þau og hlusta eftir bergmáli. Þau lifa í áratugi, lengur en önnur spendýr á stærð við þau og þau eru afar félagsleg.

Fyrir Carstens eru leðurblökur sannfærandi af annarri ástæðu líka: það eru hundruðir óþekktra tegunda sem fela sig í augsýn. Með því að rýna í erfðir þeirra 1400 leðurblökutegunda sem við þekkjum hafa hann og samstarfsmenn hans uppgötvað 600 nýjar. Og þessar földu tegundir, sem fyrir mistök hafa verið settar saman við aðrar, eru bara toppurinn á ísjakanum, því Carstens og teymi hans hafa borið kennsl á þúsundir týndra spendýra.

Við ættum ekki að vera of hissa. Talið er að enn eigi eftir að greina á milli 90 og 99 prósent allra lifandi tegunda. Það er líka að koma í ljós að mörgum nýjum tegundum hefur þegar verið safnað, en þær eru að deyja óþekktar á söfnum og öðrum stofnunum. Með öðrum orðum, þekking okkar á lífi á jörðinni er aumkunarverð. Samt sem áður hafa vísindamenn fundið leið til að sýna margar tegundir sem við höfum saknað með hugviti og harðri ígræðslu.

Það kemur ekki augnabliki of snemma. Starfsemi okkar veldur a fjöldaútrýming jafnast á við þá sem drap risaeðlurnar, og við þurfum brýnt að vita hvaða tegundir eru þarna úti ef við ætlum að gera okkur vonir um að snúa þessu við eyðileggingu líffræðilegs fjölbreytileika.

Það er ekkert smáræði að skrá náttúruna. Flokkunarfræðingar hafa lýst um 2 milljón tegundum , en þeir hafa aðeins óljósa hugmynd um raunverulegan fjölda þarna úti. „Mikið af áætlanir um hversu margar óþekktar tegundir gætu verið byggðar á útreikningum á bak við umslag,“ segir Carstens. Svo er það spurningin um hvernig þú skilgreinir tegund. „Reglan er sú að það eru í raun engar reglur,“ segir hann.

Hvað er tegund?

Venjulega byggðu flokkunarfræðingar ákvarðanir sínar á formfræði: Þeir myndu skoða eðliseiginleika lífvera til að ákveða hvort þær ættu saman. En þróun hefur tilhneigingu til að vera ferli stöðugra, hægfara breytinga og það er alltaf fjölbreytni innan stofns lífvera, svo slíkar dómar eru óhjákvæmilega huglægir. Á undanförnum árum hefur þróun í erfðafræði leitt til nýjar leiðir til að greina á milli tegunda. Hins vegar er ekki samstaða um hvaða aðferð eigi að taka og margar erfðagreiningar hunsa líkamlega og hegðunareiginleika, sem eru á hverju þróunin virkar í raun og veru.

Á þessu ári miðaði ein rannsókn að því að forðast þessar gildrur . Hrossagylfur eru ört stækkandi ættkvísl sem samanstendur af 106 þekktum tegundum, 18 þeirra hafa verið auðkenndar síðan 2000. Alice Hughes við háskólann í Hong Kong og samstarfsmenn hennar skoðuðu hundruð einstaklinga úr 11 slíkum. Í fyrsta lagi báru þeir saman erfðaefni dýranna og skoðuðu síðan tvo eiginleika sem höfðu þróunarlega þýðingu: raddsetningu og lögun nefsins. Saman leiddu gen og formgerð í ljós að 11 tegundirnar innihéldu 44 hugsanlegar faldar tegundir – sem gefur til kynna að það séu um 40 prósent fleiri asískar hrossagaflakategundir en við héldum.

Slíkar gullgildisrannsóknir eru mjög erfiðar og gefa enn aðeins innsýn í örlítið brot af líffræðilegri fjölbreytni. Það sem meira er, flokkunarfræði skortir auðlindir og mannavald. Svo hvernig getum við skilið heildarmyndina?

Sláðu inn Carstens og lið hans. Með hefðbundinni vettvangsvinnu þeirra skert vegna heimsfaraldursins reyndu þeir að svara þessari spurningu. Að taka á móti náttúrunni í heild væri of metnaðarfullt fyrir hóp fimm manna: Carstens og þrír framhaldsnemar hans, Danielle Parsons , Jamin Wieringa og Drew Duckett , ásamt Tara Pelletier við Radford háskólann í Virginíu. Þess í stað einbeittu þeir sér að spendýrum – en með það að markmiði að skapa nýja leið til að kanna falinn líffræðilegan fjölbreytileika sem hægt væri að rúlla út til annarra lífvera.

Erfðafræðileg líkindi

Flokkunarfræðingar hafa greint um 6500 tegundir spendýra og teymið skoðaði 4310 þeirra, sem tákna allar 27 spendýraskipanir (hópur skyldra tegunda). „Við tókum aðeins með tegundir sem við höfum traust erfðafræðileg gögn um,“ segir Parsons, aðalhöfundur nýlegrar greinar sem lýsir verkinu . Sérstaklega þurftu vísindamennirnir upplýsingar um tvö svokölluð strikamerkjagen. Þetta eru gen á DNA sem finnast í hvatberum, orkuverum frumna þar sem orka er framleidd. Sýnt hefur verið fram á að strikamerkjagen hafi mjög sértæk afbrigði, segir Parsons. Þeir tveir sem þeir greindu eru mest notaðir til að bera kennsl á nýjar spendýrategundir . Helst myndirðu vilja skoða fleiri gen, viðurkennir hún, en það er málamiðlun. „Það eru minni gögn, en einnig minni kostnaður og minni tími.

Rannsakendur prófuðu strikamerkisgögnin á tvo vegu. Sú fyrsta fól í sér mælingu á erfðafræðilegri fjarlægð milli para einstaklinga . Þetta felur í sér að stilla upp röðum strikamerkjagenanna til að sjá hversu mikið þau eru mismunandi. Ef tvær einingar eru meira en 5 prósent frábrugðnar hver öðrum, hafa þær tilhneigingu til að teljast ólíkar tegundir, segir Carstens.

Önnur aðferðin tekur augljósari þróunaraðferð. Það tekur mið af þeirri hugmynd að þó að erfðabreytingar hafi tilhneigingu til að gerast smám saman og stöðugt innan stofna, þegar tegundamyndun á sér stað, eru margir foreldrar að senda ný afbrigði af gena til afkvæma sinna. Þetta má sjá í erfðafræðilegum gögnum með því að leita að ætterni, þar sem erfðabreytingar berast kynslóðum áfram án þess að glatast, og teikna þær saman við tímann þegar þær gerast. Smám saman erfðabreytingar munu mynda fáar ættir, en þegar margar ættir safnast saman bendir það til tegundamyndunar. Þrátt fyrir að þessi aðferð hafi tilhneigingu til að ofmeta tegundamyndun, hefur erfðafræðilega fjarlægðaraðferðin tilhneigingu til að vanmeta hana . „Þannig að þeir koma í jafnvægi,“ segir Parsons.

Með því að sameina þessar tvær aðferðir fundu vísindamennirnir meira en 2000 hugsanlegar nýjar tegundir falin í erfðamenginu sem þeir rannsökuðu. Varfærnislegt mat benti til þess að þriðjungur þekktra tegunda sem þeir könnuðu innihéldu eina eða fleiri faldar tegundir. Þetta var sérstaklega algengt í þremur röðum: leðurblöku, nagdýr og eulipotyphlans (sjá „ Eulipotyphla: Feit, blind og heillandi “). Alls gaf greiningin til kynna að enn eigi eftir að bera kennsl á um 20 prósent spendýra.

Hvar eru þeir að fela sig?

En það var bara byrjunin. Því næst vildu vísindamennirnir leið til að spá fyrir um hvar þessar földu tegundir gætu fundist – mikilvægar upplýsingar fyrir flokkunarfræðinga sem reyna að beina tíma sínum og fjármagni á skilvirkasta hátt. Til að gera þetta þurfti að safna gríðarlegu magni af gögnum: fyrir hverja þekktu tegunda í rannsókninni hafði verið safnað saman upplýsingum um 117 eiginleika, þar á meðal þætti formfræði og lífssögu, ásamt upplýsingum um loftslag, landafræði og umhverfi. þeir búa í – 33 milljón staðreyndum alls. Það myndi ekki gera það að nota reglulega greiningu til að leita að fylgni vegna þess að það eru allt of margar breytur og þær gætu haft samskipti, segir Carstens. Þess í stað sneru þeir sér að gervigreind.

Þeir notuðu tækni sem kallast tilviljunarkennd skógargreining , svipað og Netflix notar til að spá fyrir um hvaða nýjum forritum ætti að mæla með, byggt á fyrra áhorfi þínu. Í fyrsta lagi þjálfuðu vísindamennirnir gervigreind sína á 80 prósentum gagnanna. Síðan notuðu þeir 20 prósentin sem eftir voru til að prófa það. Þetta leiddi í ljós að líklegast er að finna faldar tegundir í spendýrum með lítinn líkama og stór svið sem lifa í hitabeltinu, sérstaklega í Suðaustur-Asíu.

Spendýr eru meðal þeirra lífvera sem mest rannsakaðir eru. Ef myndin okkar af þeim er svo misjöfn, hvað segir það okkur um mat á því hversu margar af öllum tegundum við höfum uppgötvað hingað til? „Ég myndi giska á að það væri nær 1 en 10 prósentum,“ segir Carstens. „Hugsaðu um maur. Það eru maurar sem lifa á maurum. Það eru líklega mítlar sem lifa á mítlum sem lifa á mítlum.“ Rannsakendur telja að aðferð þeirra gæti hjálpað til við að spá fyrir um hvar týndar tegundir leynast. Að vísu getur það aðeins leitt í ljós þá sem leynast í þegar þekktum eintökum. Engu að síður grunar Carstens að það sé fylgni við heildarmyndina. „Þetta gæti gefið mjög gróft mat á því hversu margar óuppgötvaðar tegundir eru þarna úti,“ segir hann.

Fjöldaútrýming

Aðrir eru varkárari. Eitt áhyggjuefni er að notkun erfðagreiningar til að greina á milli tegunda getur leitt til þess sem kallað er flokkunarfræðileg verðbólga. „Erfðafræðilegur fjölbreytileiki er meiri í tegundum með stærri stofna og mikið genaflæði. Þannig að aukinn erfðafjölbreytileiki þýðir ekki fleiri tegundir,“ segir Mark Costello við Nord háskólann í Noregi. Stephen Garnett við Charles Darwin háskólann í Ástralíu tekur undir það. „Margir flokkunarfræðilegir hópar sem eru aðskildir á grundvelli nokkurra hvatbera gena standast ekki þegar þeir eru skoðaðir náið,“ segir hann. Þeir leggja báðir áherslu á nauðsyn þess að sameina erfðagreiningar og rannsóknir á formgerð. Jafnvel þá eru gildrur. Hughes, sem gerði einmitt það í rannsókn sinni á hrossagylfur, bendir á að gagnlegustu aðgreiningareiginleikarnir gætu verið nokkuð sérkennilegir, eins og lögun nefblaða, lauflaga uppbygging á nefi margra leðurbleggja sem lítið hafði verið rannsakað áður. . “Ef rangir eiginleikar eru mældir, munu þeir vera minna gagnlegir,” segir hún.

„Stærsta vandamálið mitt við margar sameindarannsóknastofur með mikið magn er skortur á formfræðilegri greiningu og gagnlegum eiginleikum til að greina flokkunarhópa,“ segir Scott Thomson hjá Center for the Study of Amazon Turtles í Brasilíu. Engu að síður lítur hann á nálgunina sem Parsons og samstarfsmenn hennar hafa þróað sem „gagnlegt tæki til að einbeita sér að rannsóknum“ og hvetja til bráðnauðsynlegrar fjárfestingar. Hughes segir að blaðið leggi áherslu á þörfina fyrir aukna verndaraðgerðir á mikilvægum svæðum.

Carstens og Parsons enduróma þessa skoðun. „Við erum að vakna upp við þá staðreynd að við erum með þessa risastóra fjöldaútrýmingu í gangi sem við berum ábyrgð á. En fólk er enn ekki alveg með á nótunum við að leggja á sig það sem þarf til að leiðrétta það á meðan við getum,“ segir Parsons. „Ef við ætlum að taka skynsamlegar ákvarðanir um náttúruvernd og eiga von um að bjarga jafnvel broti af líffræðilegum fjölbreytileika, verðum við að vita hvað er þarna úti,“ bætir Carstens við.

Nálgun þeirra gæti einnig hjálpað til við aðra 21. aldar kreppu. Covid-19 faraldurinn hefur gert okkur viðvart um hætturnar sem mannkynið stendur frammi fyrir sjúkdómar sem hoppa frá öðrum dýrum yfir í menn. Eins og Hughes og samstarfsmenn hennar benda á eru hrossagylfur stór uppspretta slíkra sýkla, þ.á.m. kransæðaveiru eins og þá sem veldur covid-19. En þeir eru ekki þeir einu. Til að koma í veg fyrir heimsfaraldur í framtíðinni þurfum við brýn að vita meira um þessa tegundir sem bera sjúkdóma.

Það er kaldhæðnislegt, án covid-19 takmarkana, Parsons og samstarfsmenn hennar hefðu aldrei haft tíma til að gera þessar rannsóknir. „Þetta var táknræn heimsfaraldursvísindagrein,“ segir Carstens. „Þetta er svona hlutur sem hefði ekki gerst á venjulegum tímum.