Herbivora yang berkeliaran di sabana Afrika sangat besar, dan mereka makan banyak. Namun entah bagaimana, mereka semua berhasil hidup di tempat yang kira-kira sama, didukung oleh lingkungan yang jarang ditumbuhi tanaman. Pada 2013, para ahli ekologi ingin tahu persis bagaimana ini bekerja. Namun, karena gajah, zebra, kerbau, dan impala berkeliaran bermil-mil untuk diberi makan dan tidak menyukai manusia yang ingin melihat mereka makan, hampir mustahil untuk mengetahui diet mereka.
Para peneliti dibiarkan, seperti yang sering mereka lakukan, untuk meneliti kotoran. Tetapi tanaman yang dicerna tidak mungkin diidentifikasi hanya dengan mata manusia. Jadi untuk teka-teki ini, mereka beralih ke teknik genetik yang relatif baru: barcode DNA.
Konten terkait
- Apa Artinya Menjadi Spesies? Genetika Mengubah Jawaban
- Bagaimana Para Ilmuwan Menggunakan Gigitan Kecil DNA yang Tersisa untuk Memecahkan Misteri Margasatwa
Ahli ekologi mengambil sampel ke laboratorium dan memeriksa DNA sisa-sisa tanaman, mencari satu gen spesifik yang dikenal sebagai Cytochrome c oxidase I. Karena lokasinya di mitokondria sel, gen, yang dikenal sebagai COI, memiliki tingkat mutasi sekitar tiga kali lipat dari bentuk DNA lainnya. Itu berarti akan lebih jelas menunjukkan perbedaan genetik antara organisme yang bahkan sangat erat hubungannya, menjadikannya cara yang berguna untuk menggoda spesies dalam kelompok dari burung ke kupu-kupu — seperti label di bagian dalam baju Anda, atau barcode toko bahan makanan.
Untuk metode cerdik ini, yang secara tepat disebut sebagai barcode DNA, kita dapat berterima kasih kepada seorang ahli genetika yang mendapati dirinya muak dengan metode taksonomi tradisional yang memakan waktu dan lama. Paul Hebert, seorang ahli biologi molekuler di Universitas Guelph di Kanada, mengenang suatu malam yang basah dan berawan yang dihabiskannya dengan mengumpulkan serangga dalam selembar kertas sebagai peneliti postdoctoral di New Guinea.
"Ketika kami menyortirnya secara morfologis pada hari berikutnya, kami menyadari ada ribuan spesies yang masuk, " kata Hebert. Banyak, sejauh yang dia tahu, tidak pernah dideskripsikan oleh sains. “Saya menyadari bahwa pada suatu malam saya menemukan spesimen yang cukup untuk membuat saya sibuk selama sisa hidup saya, ” katanya.
Hebert melanjutkan: "Pada saat itulah saya cukup banyak ... menyadari bahwa taksonomi morfologis tidak bisa menjadi cara untuk mendaftarkan kehidupan di planet kita." Dia memberikan koleksi spesimennya, dan pindah ke penelitian lain dalam biologi evolusi Arktik— “habitat keanekaragaman spesies terendah yang bisa saya temukan, ” dalam kata-katanya — tetapi topik pengukuran keanekaragaman hayati bumi selalu melekat di benaknya.
Teknologi terus berkembang pada pertengahan 1990-an, yang memungkinkan para peneliti untuk mengisolasi dan menganalisis potongan-potongan DNA yang semakin kecil. Hebert, yang bekerja di Australia sebagai peneliti tamu, memutuskan untuk mulai "bermain-main" mengurutkan DNA berbagai organisme dan mencari satu urutan yang dapat dengan mudah diisolasi dan digunakan untuk membedakan spesies dengan cepat. “Saya menganggap wilayah gen mitokondria yang satu ini efektif dalam banyak kasus, ” katanya. Itu COI.
Hebert memutuskan untuk menguji metodenya di halaman belakang rumahnya sendiri, dengan mengumpulkan sejumlah serangga dan membuat barcode mereka. Dia menemukan bahwa dia dapat membedakan bug dengan mudah. "Saya pikir 'Hei, jika itu bekerja pada 200 spesies di halaman belakang saya mengapa itu tidak akan berhasil di planet ini?"
Dan, dengan beberapa pengecualian, ada.
Dengan menggunakan teknik ini, para peneliti dalam studi sabana 2013 mampu menyatukan berbagai makanan hewan yang hidup berdampingan ini. "Kami dapat memberi tahu segala sesuatu yang dimakan binatang-binatang itu dari membuat barcode dari luka-luka mereka, " kata W. John Kress, kurator botani di Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian, yang bekerja sama dalam penelitian ini. Dengan memberi tahu pengelola satwa liar dan ilmuwan tentang apa rumput yang dimakan setiap hewan, hasil ini "bisa berdampak langsung pada perancangan kawasan konservasi baru untuk hewan-hewan ini, " kata Kress.
Ini juga memberi para ahli ekologi gambaran yang lebih besar tentang bagaimana seluruh ekosistem bekerja bersama. "Sekarang Anda bisa melihat bagaimana spesies ini sebenarnya hidup berdampingan di sabana, " kata Kress. Hari ini gagasan tentang apa yang membuat suatu spesies berubah, berkat barcode DNA dan teknik genetik lainnya.
Ini mungkin tidak terlihat seperti banyak, bijaksana hijau. Tapi entah bagaimana, sabana Afrika mendukung berbagai herbivora ikonik. Kode batang DNA membantu menunjukkan caranya. (Cultura RM / Alamy) Sejak zaman Darwin, ahli taksonomi telah menyaring spesies berdasarkan apa yang dapat mereka amati. Yaitu jika terlihat seperti bebek, berjalan seperti bebek, dan terdengar seperti bebek — lemparkan ke tumpukan bebek. Munculnya sekuensing DNA pada 1980-an mengubah permainan. Sekarang, dengan membaca kode genetik yang membuat organisme seperti apa adanya, para ilmuwan dapat mengumpulkan wawasan baru ke dalam sejarah evolusi spesies. Namun, membandingkan jutaan atau miliaran pasangan basa yang membentuk genom bisa menjadi proposisi yang mahal dan memakan waktu.
Dengan marker seperti Cytochrome c oxidase I, Anda dapat menentukan perbedaan ini dengan lebih cepat dan lebih efisien. Barcoding dapat memberi tahu Anda dalam hitungan jam — yaitu berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengurutkan barcode DNA di laboratorium biologi molekuler yang lengkap — bahwa dua spesies yang terlihat persis sama di permukaan secara substansial berbeda pada tingkat genetik. Baru tahun lalu, para ilmuwan di Chili menggunakan kode DNA untuk mengidentifikasi spesies baru lebah yang terlewatkan oleh peneliti serangga selama 160 tahun terakhir.
Bekerja dengan Hebert, para ahli seperti kurator entomologi Museum Nasional Sejarah Alam John Burns telah mampu membedakan banyak organisme yang pernah dianggap spesies yang sama. Kemajuan dalam teknik ini sekarang memungkinkan para peneliti untuk membuat spesimen museum barcode dari tahun 1800-an, kata Burns, membuka kemungkinan mereklasifikasi definisi spesies yang telah lama menetap. Setahun setelah Hebert menguraikan kode DNA, Burns menggunakannya sendiri untuk mengidentifikasi satu kasus seperti itu - spesies kupu-kupu yang diidentifikasi pada 1700-an yang ternyata benar-benar 10 spesies terpisah.
Menjabarkan definisi spesies keruh memiliki konsekuensi di luar akademisi. Ini dapat memberi para ilmuwan dan pembuat undang-undang pengertian yang lebih baik tentang jumlah dan kesehatan suatu spesies, informasi penting untuk melindungi mereka, kata Craig Hilton-Taylor, yang mengelola Persatuan Internasional untuk "Daftar Merah" Konservasi Alam. Sementara organisasi bergantung pada kelompok ahli yang berbeda yang dapat bekerja dari perspektif yang berbeda tentang cara terbaik untuk mendefinisikan suatu spesies, barcode DNA telah membantu banyak dari kelompok-kelompok ini untuk lebih tepat membedakan antara spesies yang berbeda.
"Kami meminta mereka untuk memikirkan semua bukti genetik baru yang muncul sekarang, " kata Hilton-Taylor tentang prosedur IUCN hari ini.
Meskipun inovatif, teknik barcode asli memiliki keterbatasan. Misalnya, itu hanya bekerja pada hewan, bukan tanaman karena gen COI tidak bermutasi cukup cepat pada tanaman. Pada 2007, Kress membantu memperluas teknik Hebert dengan mengidentifikasi gen lain yang bermutasi dengan cepat pada tanaman, memungkinkan penelitian seperti sabana dilakukan.
Kress ingat bagaimana, mulai tahun 2008, ia dan mantan rekannya, ahli ekologi University of Connecticut Carlos García-Robledo, menggunakan kode DNA untuk membandingkan berbagai tanaman yang diberi makan spesies serangga berbeda di hutan hujan Kosta Rika. Mereka mampu mengumpulkan serangga, menggilingnya, dan dengan cepat mengurutkan DNA dari nyali mereka untuk menentukan apa yang mereka makan.
Sebelumnya, García-Robledo dan ilmuwan lain harus mengikuti serangga di sekitar dan mendokumentasikan diet mereka. “Diperlukan waktu bertahun-tahun bagi seorang peneliti untuk sepenuhnya memahami diet komunitas herbivora serangga di hutan hujan tropis tanpa bantuan barcode DNA, ” Garcá-Robledo mengatakan kepada Smithsonian Insider dalam wawancara 2013.
Mereka sejak itu dapat memperluas penelitian itu dengan melihat bagaimana jumlah spesies dan diet mereka berbeda pada ketinggian yang berbeda, dan bagaimana kenaikan suhu dari perubahan iklim dapat memengaruhi ini karena spesies dipaksa untuk bergerak semakin tinggi dan lebih tinggi. "Kami telah mengembangkan jaringan yang kompleks dan menyeluruh tentang bagaimana serangga dan tanaman berinteraksi, yang tidak mungkin dilakukan sebelumnya, " kata Kress.
"Tiba-tiba, dengan cara yang lebih sederhana, menggunakan DNA, kita benar-benar bisa melacak, mengukur dan mengulangi percobaan ini dan memahami hal-hal ini dengan cara yang jauh lebih rinci, " tambahnya. Kress dan peneliti lain sekarang juga menggunakan barcode untuk menganalisis sampel tanah untuk komunitas organisme yang mendiami mereka, katanya. Barcoding juga menjanjikan untuk membantu mengidentifikasi sisa-sisa materi genetik yang ditemukan di lingkungan.
"Untuk para ahli ekologi, " kata Kress, "barcode DNA benar-benar membuka cara yang sangat berbeda untuk melacak hal-hal di habitat di mana kita tidak bisa melacaknya sebelumnya."
Dengan memungkinkan para ilmuwan untuk meneliti satu gen tertentu daripada harus mengurutkan seluruh genom dan membandingkannya, Hebert berharap metodenya akan memungkinkan analisis dan identifikasi genetik untuk dilakukan jauh lebih cepat dan murah daripada pengurutan penuh. "14 tahun terakhir telah menunjukkan bahwa ia bekerja jauh lebih efektif dan jauh lebih mudah untuk diterapkan daripada yang saya perkirakan, " katanya sekarang.
Tapi dia masih melihat ruang untuk kemajuan. "Kami benar-benar bergulat dengan data yang tidak memadai dalam hal kelimpahan dan distribusi spesies, " kata Hebert tentang konservasi sekarang. Teknologi yang berkembang pesat untuk menganalisis sampel DNA lebih cepat dan dengan lebih sedikit bahan yang dibutuhkan dipasangkan dengan barcode DNA menawarkan jalan keluar, kata Hebert, dengan pemindai modern sudah mampu membaca ratusan juta pasangan basa dalam hitungan jam, dibandingkan dengan ribuan pasangan basa yang bisa dibaca dalam waktu yang sama dengan teknologi sebelumnya.
Hebert membayangkan masa depan di mana DNA dikumpulkan dan diurutkan secara otomatis dari sensor di seluruh dunia, memungkinkan ahli konservasi dan ahli taksonomi mengakses sejumlah besar data tentang kesehatan dan distribusi berbagai spesies. Dia sekarang bekerja untuk mengatur perpustakaan barcode DNA di seluruh dunia yang dapat digunakan para ilmuwan untuk dengan cepat mengidentifikasi spesimen yang tidak diketahui — sesuatu seperti Pokedex kehidupan nyata.
"Bagaimana Anda memprediksi perubahan iklim jika Anda membaca suhu pada satu titik di planet ini atau satu hari dalam setahun?" Hebert menunjukkan. “Jika kita ingin serius tentang konservasi keanekaragaman hayati, kita hanya perlu mengubah pandangan kita tentang jumlah pemantauan yang akan dibutuhkan.”
