FoodPro Preloader

Hvordan DNA kunne låse opp mysteriene til smeltende isbreer og isark


En foss er skapt av et smeltende isberg, Svalbard, Norge. Getty Images Verdens isbreer og Grønlands isplate smelter og raser. Situasjonen i Antarktis er mindre klar, men forskere er generelt enige om at kontinentet mister is. Og som planeten fortsetter å varme, vil disse store og frostige områdene fortsette å tine og spyle vann inn i våre voksende hav. For

En foss er skapt av et smeltende isberg, Svalbard, Norge. Getty Images

Verdens isbreer og Grønlands isplate smelter og raser. Situasjonen i Antarktis er mindre klar, men forskere er generelt enige om at kontinentet mister is. Og som planeten fortsetter å varme, vil disse store og frostige områdene fortsette å tine og spyle vann inn i våre voksende hav. Forskere rushing å svare på avgjørende spørsmål, for eksempel å finne ut dynamikken som er involvert i smelten av disse gigantiske mantlene av is. Nå har et team av forskere utviklet en ny metode for å studere prosessen - ved å bruke syntetisk DNA for å spore opptining av is.

Hydrologer og isbreologer har tradisjonelt brukt fluorescerende fargestoffer, eller salter som natriumklorid, for å spore vannsystemer, inkludert smeltende is. Men slike sporstoffer har begrensninger, spesielt på et sted som Grønlands isplate. Når forskere slipper dem på et sted, blir noen av fargene og saltene feid nedstrøms som beregnet. Men deler av dem blir ofte fast på et tidspunkt i miljøet. Det gjør forskning vanskeligere og mer tidsintensiv fordi fargestoffer og salter ikke har unike signaturer; de kan bli blandet opp med tidligere eller fremtidige doser av sporene. "Vi har ikke mange sporstoffer som er unike, som du kan bruke på samme sted, " sier Helen Dahlke, lektor i integrerte hydrologiske fag ved Universitetet i California, Davis. "Og hvis du har spor [igjen] fra et tidligere eksperiment, kompliserer det virkelig historien."

Men Dahlke og hennes team fra UC Davis og Cornell University innså at de kunne lage særegne sporstoffer - med DNA. "Ved å bruke DNA, har du så mange forskjellige kombinasjoner av baseparene at du virkelig kan lage millioner av forskjellige sporstoffer, og hver har en unik identifikator, " forklarer Dahlke. "Du kan søke hundrevis på samme tid, og du kan fortsatt skille dem i tid og rom." For sporene utviklet hennes gruppe syntetiske enkeltstrengede DNA-molekyler, omtrent 80-100 "bokstaver" lang og med tilfeldige sekvenser. Disse DNA-strengene går inn i kapsler laget av bionedbrytbar plast, den samme typen som brukes til å inneholde medisin som slugges av mennesker-men kapslene som brukes her er mikroskopiske, ikke større enn størrelsen på en E. coli- bakterie. For å hindre at bakterier eller andre organismer innlemmer sporene i sitt eget DNA, holder forskerne relativt kort og test databaser for å sikre at de ikke bruker en kjent sekvens fra andre mikrober. "Det er ikke en genetisk funksjonell kode, " fortalte Dahlke et publikum av forskere denne måneden på American Geophysical Union-konferansen i New Orleans, hvor hun presenterte den nye teknikken.

Ved hjelp av denne metoden vil forskere slippe en stor mengde tracers-trilljoner kapsler med en identisk DNA-sekvens for å sikre at de er konsentrerte nok til å bli funnet nedstrøms. De kan slippe en enkelt del av en unik sporingsenhet på ett sted, eller injisere flere batcher av forskjellige unike DNA-sporstoffer i forskjellige smeltepunkter på en isbre eller isplate. Beskyttelseskapslene oppløses ikke raskt, slik at forskere kan prøve vann som kommer fra en isbre, ta det til en lab og smelte plastkapslene vekk, og deretter sekvensere DNA som er tilstede i prøven. Med denne informasjonen kan de finne ut hvor vannet oppsto, og når det fløt bort fra smeltepunktet og kom til breenes utgang. Slike data kan hjelpe forskere til å anslå andre viktige faktorer, som strømningsveien og hvor mye smeltevann en breen holder.

Denne typen informasjon er svært verdifull, sier Dahlke og andre eksperter. - Vi har fortsatt grunnleggende spørsmål om hvordan smeltevannstrømmen i isbreer fungerer, sier Dahlke. "For eksempel danner overflatens smeltevannssjøer og spontant drenering, og ingen har kommet med en god forklaring hvorfor ... eller hvor det vannet går." Hun bemerker at mens forskere noen ganger klatre ned i isbreer via vertikale aksler kalt "moulins" for å se hvor overflatevann strømmer, kan de bare gå så langt. Og de risikerer å bli knust.

DNA-tracere kan overskride denne begrensningen, og også gjøre forskernes arbeid tryggere. Dessuten, siden sporene inneholder unike koder, vil forskere ikke måtte vente på å injisere dem som de har å gjøre med tradisjonelle sporstoffer. Dette kan bidra til å kutte ned på tid og ressurser som trengs for et eksperiment, og kunne gi isbrekerne mer nøyaktig informasjon. "Brettene utvikler seg over en smeltesong, " sier Dahlke, og legger til at hvis forskere kan slippe sine spor over en kortere periode, vil de få mer konsekvente data om hvordan et iskysystem fungerer.

Dahlke og hennes team har så langt testet sine DNA-sporere på en nordlig sjøbreen ved navn Storglaciaren, på Wolverinebreen i Alaska og i små bekker i New York-staten. De har også prøvd teknikken på en høyde ved Sierra Foothill Research and Extension Center i California, og i laboratorieforsøk. Dahlke sier forskere kan også potensielt bruke denne metoden for å bedre forstå spørsmål som er relevante for menneskers helse, for eksempel hvordan patogener og forurensende stoffer transporteres gjennom vann og jord. En enkelt gruppe DNA-sporere koster for tiden rundt 23 dollar, ifølge Dahlke.

Regine Hock, professor i geofysikk ved Universitetet i Alaska, Fairbanks, som ikke var involvert i det nye arbeidet, sier at et slikt verktøy kan være nyttig for forskere som seg selv. "Sporeren virker ekstremt lovende. Den overvinner mange av problemene andre sporstoffer [som fargestoffer og salter] har. Det er "rent", ikke synlig og åpenbart billig å produsere, "skrev Hock i en e-post som reagerte på spørsmål fra. "Derfor gir det nye muligheter til å undersøke det stort sett utilgjengelige hydrologiske systemet av isbreer og isark." Asa Rennermalm, lektor i geografi ved Rutgers University, er enig. Rennermalm, som heller ikke var involvert i forskningen, studerer hydrologi på det grønlandske islaget - spesielt strømmene på overflaten av isen, så vel som de som drenerer ut av det. "For de av oss som studerer isark og isbreer er et nøkkelspørsmål vi er opptatt av, hvordan vann strømmer inn og under isen, sier Rennermalm. "Denne teknikken kan være veldig viktig for å forstå det spørsmålet."

Leserne svarer på februar 2017-utgavenKinas krig mot luftforurensning kan forårsake mer global oppvarmingHjerteslag: Musikk kan bidra til å holde kardiovaskulærsystemet i tuneHvordan Geckos får et grepFørste gangs rapporter fra olje- og gassindustrien avslører massive metanutslippVil den personlige jetpakken noensinne komme fra bakken?  [Lysbilde]Avian Silence: Uten fugler å disponere frø, er Guams skog forandretGaming the System: Videospillere hjelper forskere til å eliminere proteinfeltproblemet