İsviçre Federal Ormancılık, Kar ve Peyzaj Araştırması Enstitüsü (WSL) ve Lozan ve Bern üniversitelerinden araştırmacılar Ticino’daki göl tortullarında bulunan gümüş köknar iğnelerinin DNA‘sını incelemek için hidRA-X tekniğini kullandılar.
Ormanların tarımın ortaya çıkışına nasıl tepki verdiğine dair ip uçları buldular.
Yeni süreç, tarih öncesi bitkilerden ve hayvanlardan eski DNA‘yı (aDNA) izole etmek için DNA teknolojisindeki son gelişmeleri kullanıyor. Bununla birlikte bugüne kadar kullanılan teknikler oldukça pahalı.
Lozan Üniversitesi Ekoloji ve Evrim Bölümü Profesörü Nadir Alvare “Nüfus genetiği uzmanları, güvenilir ifadeler üretmek için çoğunlukla birkaç düzine örneğe ihtiyaç duyarlar. Birçok araştırma fikri şu anda mali açıdan uygun değildir.” dedi.
Alvarez ve arkadaşları Christoph Sperisen liderliğindeki araştırma ekibi (WSL’de bir nüfus genetiği uzmanı) Willy Tinner (Bern Üniversitesi’nde paleoekoloji profesörü) ve Sarah Schmid (Lozan Üniversitesi’nden bir biyolog) şimdi uygun maliyetli bir alternatif geliştirdi. Ticino’daki Origlio Gölü’nde bulunan alt fosil gümüş renkli gümüş köknar iğneleriyle potansiyelini sergiledi. Ekip, araştırmayı dergi Ekoloji ve Evrim Yöntemleri Dergisi‘nde yayımladı.
Samanlıktaki İğne
Alvarez “ Alt fosil genetik materyali ile çalışmak zor bir iştir. aDNA genellikle parçalanır, kimyasal olarak hasar görür ve bakteri ve mantarların genetik materyali ile kontamine olur. Örneğin, göl tortullarında toplanan numunelerde, her yüzüncü DNA molekülü gümüş köknarlardan gelir. Dolayısıyla aDNA‘yı ayıklamak, samanlıkta bir iğne aramak gibidir.” dedi.
Şimdiye kadar araştırmacılar, DNA birbirine yapılı blokların neredeyse ayna görüntü dizileri olan iki iplikten oluştuğundan kimyasal olarak üretilen DNA dizilerinin muadili örneklerini numune çözeltisine sokarak bir aDNA‘yı çıkardılar.
Üretilen DNA‘ya küçük metal boncuklar takıldı. Yapay DNA, aDNA‘ya bağlandıktan sonra, bütün yapı bir mıknatısla ekstrakte edilebilir.
Bununla birlikte, bitki ve hayvan DNA‘sının % 90’dan fazlası çoğunlukla boş sayfaları olan bir yemek kitabı gibi, bilinen bir işlevi olmayan bölümleri oluşur. Yeni teknik olan hyRAD-X, tüm DNA iplikçiklerini analiz etmez, ancak ifade edilen genomun fraksiyonunu özellikle kullanır. (Yani bir protein oluşturma talimatlarını içeren bölümler)
Bu bölümler ayrıca bir enzim kullanılarak üretilir, bu da bir aDNA analizinin maliyetini on kat azaltacak bir yeniliktir. Her toz lekesi yabancı DNA içerdiğinden, bu çalışma WSL‘nin yeni ulusal bitki koruma laboratuvarında olduğu gibi temiz bir odada yapılmalıdır.
Origlio Gölü’ndeki Taş Devri ormanları
Araştırmacılar, yeni tekniği Origlio Gölü’ndeki tarımın başlamasından önce ve sırasında gümüş köknarların genetik çeşitliliğini araştırmak için kullandılar.
Palaeobotanist Tinner, göl tortulunun çekirdeğini inceledi.Odun kömürü mevduatlarının yanı sıra tahıl poleni ve istilacı yabani otları keşfetti.
İnsanlar tarım arazileri ve mera alanlarını temizlemek için ormanları yaktığında 7,500 ila 5,000 yıl önceki ilk tarım faaliyetlerine işaret etti. Bu Ticino’nun sıcak seven gümüş köknar stoklarını Holosen’in ikinci yarısında öldürdü. Kestane ağaçları artık yerinde büyüyor.
Sonuçlar, gümüş köknar standının (Ve dolayısıyla genetik çeşitliliği) tarımın şafağı ile birlikte küçüldü ve yaklaşık 6.200 yıl önce toparlandı.
Sperisen “Değişik yaşlardaki gümüş köknarların DNA karşılaştırmaları, yerli standın genetik olarak yeni bölgelerden gelen buköknarları içermeksizin kendisini tekrar tazelediğini göstermektedir.” dedi.
Genetik çeşitlilik, nüfusun çevresel değişikliklerle başa çıkma kabiliyetinin belirlenmesinde anahtardır. Yüksek genetik çeşitlilik, örneğin daha kuru bir iklimde uyum sağlama şansını arttırır.
İnsan kaynaklı müdahaleden önce daha önce genetik olarak toplanan ekosistemlerin iklim değişikliğine nasıl tepki göstereceğini ve arazinin nasıl kullanılacağına dair mevcut değişiklikleri anlamak önemlidir. Bu nedenle, araştırmacılar şimdi açıklamak için diğer alt-fosil bitki örneklerinde hidRA-X tekniğini kullanmak istiyorlar.
Soyu tükenmiş, ısı seven gümüş köknarın Tikino’da olup olmadığı, sıcak iklimlerde önemli olduğunu ispatlayabilecek spesifik genetik özelliklere sahip olup olmadığını öğrenmek istiyorlar.
2015 yılında, WSL araştırmacıların fazla baskı altında çalıştığı temiz bir oda açtı. Bu polen, toz veya diğer yabancı maddelerin laboratuvara girmesini önledi.
Nüfus genetiği uzmanları, DNA analizinde bitkilerden ve hayvanlardan alınan alt fosil materyali kullanarak geçmiş ekosistemleri anlamaya çalıştılar. Temiz oda, ulusal bitki koruma laboratuvarında barındırılıyor.
WSL tarafından İsviçre Federal Çevre Ofisi FOEN ve Federal Federal Tarım Örgütü FOAG ile birlikte inşa edilmiştir.
