لاروپروانه مونارک روی برگ های نوعی افوربیا(قلبلب)، چابهار 1389،عکس از محمد کرام الدینی
بارکُد برای جانداران
• یکی از دشواریهایی که زیست شناسان هنگام کار روی موجودات زنده با آن دست به گریباناند، شناسایی گونه است. تعیین گونه حتی برای زیست شناسان خبره و کارکُشته هم آسان نیست، روندی طولانی دارد و به علاوه، چون معمولاً حد و مرز گونه مبهم و نامشخص است، معلوم نیست که واقعاً اعضای گونۀ مورد مطالعه خود همه به یک گونه تعلق دارند، یا از چند گونۀ نزدیک به هم، یا به اصطلاح از چند گونۀ پنهان تشکیل شدهاند؛ مانند پروانۀ جهندۀ Astraptes fulgerator که در شمال غربی کاستاریکا زندگی میکند و گر چه همۀ اعضای آن یک نام علمی دارند و یک گونه به شمار میروند، اما در واقع شامل 3 تا 10 گونۀ پنهان است .
Astraptes sp.
• شناسایی و رده بندی گونهها از زمان کارل لینه در حدود 250 سال پیش تا سالهای اخیر بدون تغییر و بیشتر با استفاه از صفات و ویژگیهای ظاهری، مانند رنگ، شکل و رفتار موجودات زنده انجام میشد. اما چند دهه است که پیشرفتی در این فن روی داده و به تازگی از اطلاعات مولکولی و ژنتیک موجودات زنده نیز در شناسایی و رده بندی گونهها استفاده میکنند، گر چه روشهای کلاسیک و جدید برای دستیابی به اطلاعات ژنتیک بسیار وقت گیرند. حدود 30 سال پیش کارل وُس با استفاده از تنوع توالیهای RNA ریبوزومی (rRNA) ، فرمانرو آرکیها را از پروکاریوتها جدا و ساختار درخت زندگی را اصلاح کرد. او نشانگرهای مولکولی مانند الوزیمها، rDNA و mtDNAvage را عملاً به سیستماتیک مولکولی وارد کرد.
• چند سال پیش، یکی از زیست شناسان که از روند نامناسب شناسایی و رده بندی موجودات زنده به تنگ آمده بود و به دنبال روشی آسان تر برای سر و سامان دادن به موجودات زندۀ پرشمار و رو به فزونی و راهی برای خلاصی از این وضعیت میگشت، در فروشگاهی مشغول خرید بود. او مشاهده کرد که کارکنان فروشگاه میتوانند در یک چشم به هم زدن و فقط با استفاده از مجموعههایی از خطهای نازک و ضخیم که روی برچسبهایی به اجناس فروشگاه نصب شدهاند و بارکُد نامیده میشوند، به اطلاعات بسیاری در مورد هر کالا دست یابند. او شگفت زده با خود اندیشید: «چرا ما زیست شناسان از این نوآوری استفاده نکنیم و با کاربرد چهار نوکلئوتید مختلف موجود در DNA برای خیل عظیم موجودات زندۀ کرۀ زمین برچسب تهیه نکنیم؟»
• اما کار به آسانی آنچه در ابتدا تصور میرفت، نبود. باید قطعۀ کوچکی از DNA را یافت که در همۀ موجودات زنده وجود داشته باشد و در عین حال خاص هر گونه باشد، یعنی در گونههای مختلف متفاوت باشد، به نحوی که با کمک آن بتوان همۀ گونهها را از هم تفکیک کرد و تشخیص داد. هدف آن بود که هر کس که به شناسایی موجودی زنده نیاز دارد، از دانشجویی که برای جمع آوری نمونههای زنده به نوک کوه رفته است تا پژوهشگری که در آزمایشگاه در حال مطالعۀ موجودی زنده است، باید بتواند با قرار دادن ذرّه ای اندک از بافتهایی مانند موی پستاندار یا پای حشره در زیر دستگاه بارکدخوان، با اطمینان آن را شناسایی کند و به علاوه، اطلاعات موجود دربارۀ آن را به دست آورد؛ مانند کاری که در فروشگاهها با برچسبهای بارکددار میشود. در این صورت هر کس در هر کجا خواهد توانست هر گونه ای را که میخواهد شناسایی کند. با این روش میتوان نه فقط دربارۀ 7ر1 میلیون گونه ای که شناسایی شدهاند، بلکه برای میلیونها گونه که هنوز نا شناخته ماندهاند و پنهان از چشم ما در حال زندگی بر کرۀ خاکیاند، میتوان به طور نامحدود بارکد تهیه کرد. برای برآورده شدن این آرزو نخستین کار پیدا کردن قطعه ای DNA بود که به اندازۀ کافی بلند باشد که بتواند خصوصیات هر گونه را متمایز کند و در عین حال به اندازه ای کوتاه باشد که کار کردن با آن حتی الامکان آسان باشد.
• پس از مدتی کوشش و خطا، قطعه ای از یک ژن میتوکندریایی برای این کار در جانوران شناسایی و به عنوان نشانگری استاندارد معرفی شد (به مقالۀ ژنوم میتوکندری در جانوران در همین شماره مراجعه کنید). DNA میتوکندریایی به این علت برای این کار مناسب است که تفاوت توالی آن در گونههای مختلف بیشتر از DNA هسته ای است. به علاوه، DNA میتوکندریایی فراوان تر از DNA هسته ای است و بنابراین، آسان تر به دست میآید، به ویژه از نمونههای کوچک یا تجزیه شده. این ژن استاندارد باعث فعالیت زیر واحد1 آنزیم سیتوکروم c اکسیداز، یا به اختصار CO1 میشود. منطقه ای از این ژن که برای تعیین بارکد در نظر گرفته شد، به اندازه ای کوتاه است که توالی جفت بازهای نوکلئیک اسیدهای آن را میتوان با یک بار خواندن با دستگاه بارکدخوان رمز گشایی کرد. این قطعۀ بسیار کوچک در همۀ سلولها وجود دارد و در گونههای مختلف به اندازه ای متنوع است که میتواند گونه را تشخیص دهد. بارکد CO1 فقط 648 جفت باز درازا دارد. پژوهشگران برای آن که این برچسب کوچک DNA را بیازمایند، و به قابلیت آن برای تفکیک گونهها مطمئن شوند، بارکدهای CO1 را از گروههای مختلف جانوری، از خشکی و دریا، از قطبها تا استوا آزمودند و به این نتیجه رسیدند که بارکد CO1 به تنهایی ظرفیت دارد تا در حدود 98 درصد از گونههای جانوری را در تاکسونهای مختلف شناسایی کند. در سال 2009 پیشنهاد شد که چون تنوع ژن سیتوکروم c اکسیداز در گیاهان نسبت به جانوران بسیار اندک است. برای گیاهان از دو ژن کلروپلاستی rbcL و matK استفاده شود .
• دومین قدم پس از تعیین بارکد، ایجاد کتابخانه ای از این قطعهها به عنوان مرجع بود که هویت گونههای موجود در آن قبلاً تأیید شده باشند. روش ایجاد کتابخانه بسیار ساده بود: هر کس که نمونۀ DNA را از نمونه ای از بافت به دست آورده است، توالی جفت بازهای بارکد را شناسایی و اطلاعات را به پایگاه دادههای بارکد وارد میکند. مدتی است پایگاهی از دادهها با عنوان «سیستم بارکد دادههای حیاتی» یا BOLD برقرار شده است. در این پایگاه تا کنون (مهرماه 1390)، 1372896 ورودی از بیش از 113606 گونۀ جانوری با مدخلهای فشرده از پرندگان، ماهیها و پروانهها وجود دارد. هر یک از این مدخلها شامل نام گونه، توالی بارکد، محل جمع آوری نمونه، پیوند به نمونههای مستند، عکس و دیگر دادههای زیستی است. کنسرسیوم بارکد زندگی در سال 2005 تأسیس شده تا با هماهنگی مجموعۀ کوششها به گسترش این کتابخانۀ تراکمی کمک کند. این پروژه قرار است تا امسال (سال 2012) تعداد پنج میلیون نمونه را از 500000 گونه بارکد کند.
• بارکد جانداران کاربردهای مختلف دارد. مثلاً: شناسایی گونۀ گیاه فقط با استفاده از ذره ای برگ، ساقه یا بخشهای دیگر، بی نیاز از گل یا میوه؛ شناسایی لارو حشرات که نسبت به حشرات بالغ ویژگیهای افتراقی اندکی دارند؛ شناسایی رژیم غذایی جانوران با بررسی محتویات رودۀ آنها؛ شناسایی محصولات تجاری، مانند مکملهای غذایی، داروهای گیاهی وغیره؛ سرعت بخشیدن به مطالعات تنوع زیستی و شناخت هر چه سریع تر میلیونها گونۀ ناشناخته؛ شناسایی پشه های ناقل بیماری های عفونی؛ تشخیص نوع گوشت در رستوران ها؛ تشخیص نوع آفت های کشاورزی و باغداری؛ تشخیص بیماری های قارچی و ناشی از تک سلول ها، مانند مالاریا؛ شناسایی نمونه هایی که در کشوهای موزه ها در انتظار شناسایی اند؛ اطمینان از نوع تغذیۀ دام ها. بارکدها را میتوان نقشههایی از تنوع DNA دانست که چهارچوب هایی برای مطالعات آیندهاند. همان طور که سرعت و هزینۀ عکس برداری هوایی سبب شده است که جای بررسیهای زمینی را بگیرد، بارکد DNA نیز میتواند نخستین گام سریع و ارزان در کشف گونهها باشد. گر چه این کار به زمان نیاز دارد، این رویکرد دیدگاهی یکپارچه از زندگی در گذشته و امروز به دست میدهد و عظمت زندگی را به طور کامل به قرنهای آینده جاری میکند.
سردبیر
پی نوشت ها
1. cryptic species
2. Hebert PD, Penton EH, Burns JM, Janzen DH, Hallwachs W (October 2004). "Ten species in one: DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterfly Astraptes fulgerator". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (41): 14812–7.
3. Brower AVZ (2006). "Problems with DNA barcodes for species delimitation: 'ten species' of Astraptes fulgerator reassessed (Lepidoptera: Hesperiidae)". Systematics and Biodiversity 4 (2): 127–32.
4. Carl Woese
5. CBOL Plant Working Group (August 4, 2009). "A DNA barcode for land plants". PNAS 106 (31): 12794–12797.
6. Barcode of Life Data systems (BOLD ): www.barcodinglife.org
7. Consortium for the Barcode of Life (CBOL)
8 E. O. Wilson
منابع دیگر
1. Mark Y.Stoeckle, & Paul Hebert D. N.; BarCode of Life; SCIENTIFIC AMERICAN, October 2008; Pp 82-88.
2. http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_barcoding
3. Paul D. N. Hebert, Alina Cywinska, Shelley L. Ball and Jeremy R. deWaard; Biological Identifica¬tions through DNABarcodes. Proceedings of the Royal Society B, Vol. 270, No. 1512, pages 313–321; February 7, 2003. (http://journals.royalsociety.org)
4. www.barcodinglife.org
5. www.barcoding.si.edu
6. http://phe.rockefeller.edu/barcode/blog