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Den DNA-Code knacken

Das Expeditionsteam hatte nicht damit gerechnet, dass das Wasser so hoch oder der letzte Abschnitt der geplanten Route über einen engen Kanal unpassierbar sein würde. Die Wissenschaftler müssen über eine grobe Brücke mit heruntergekommenen Ästen klettern, um an die Südostspitze der Insel zu gelangen und mit dem Sammeln von Exemplaren zu beginnen.

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"Im Grunde stehen wir in einem tropischen Wald", sagt der Botaniker John Kress. In der schwülen Hitze krempelt er die Ärmel seines weißen Hemdes hoch. Er schnappt sich einen kleinen Ast und bringt die burgunderfarbenen Blüten näher zum Vorschein. "Ich fühle mich wie in Costa Rica", sagt er.

Aus dem Wald ertönt eine hohe Pfeife. Kress 'Kollege, der Botaniker Dave Erickson, fragt im Scherz, ob es sich um einen Brüllaffen handelt, der in Mittel- und Südamerika lebt.

"Es ist alles, was Sie wollen", sagt Kress.

Plummers Island, eine 12 Hektar große, tropfenförmige Landmasse im Potomac River - etwas mehr als zehn Meilen von Kress 'Büro im Smithsonian National Museum of Natural History entfernt - ist ungefähr so ​​unberührt und unwahrscheinlich wie eine Landschaft im Inneren Umgehungsstraße von Washington, DC. Plummers ist seit 1961 im Besitz des National Park Service und die am gründlichsten untersuchte Insel Nordamerikas. Und dank Kress und seinen Kollegen ist es der erste Standort der Welt, an dem alle 250 Pflanzenarten mit einem Barcode versehen wurden.

DNA-Barcode, eine Idee des kanadischen Genetikers Paul Hebert, ist dem Universal Product Code (UPC) nachempfunden, der auf Verbraucherverpackungen zu finden ist. Jede UPC hat eine Nummer, die den Hersteller kennzeichnet (z. B. ein Softdrink-Unternehmen) und eine spezifische Produktkennung (Diät, koffeinfrei usw.). Hebert fand ein für alle Tierarten gemeinsames DNA-Segment (den Herstellungscode), das so unterschiedlich war, dass es zwischen den Tierarten (der Produktkennung) unterschied. Es fiel Forschern jedoch schwerer, ein standardisiertes DNA-Segment für das Pflanzenleben zu finden.

Das Kress-Forschungsteam begann vor fünf Jahren damit, Proben aller Pflanzenarten auf Plummers Island zu sammeln. Dann bestimmten Erickson und andere in einem Botaniklabor die DNA-Sequenz jedes einzelnen. Von dort aus suchten sie nach drei genetischen Zonen - zwei Genen und einem "intergenen Spacer" zwischen den Genen -, die zusammen die Pflanzen unterscheiden konnten. Zusammen mit anderen Botanikern befinden sich Kress und Erickson in einem formellen Prozess, um die Markierungen als Standard-Pflanzen-Barcode zuzulassen. Kress hofft, innerhalb eines Jahres vom Konsortium für den Barcode des Lebens, einem 2004 ins Leben gerufenen Projekt zur Erstellung einer Referenzbibliothek von Codes, offiziell anerkannt zu werden.

Bis vor kurzem benötigten Taxonomen die Blumen oder Früchte einer Pflanze, um sie zu klassifizieren, was bedeutete, dass sie zu bestimmten Jahreszeiten Proben entnehmen mussten. Mit der DNA-Barcodierung können sie jedoch jeden Teil der Pflanze - Samen, Rinde, Wurzeln oder Blätter - zur Identifizierung verwenden.

"Aber der größte Vorteil ist, dass Sie kein Experte sein müssen", sagt Kress. In nicht allzu ferner Zukunft können sogar Schulkinder Pflanzen mit handgehaltenen DNA-Sequenzierern identifizieren. Anschließend konnten sie die Barcodes über Smartphones in eine Online-Enzyklopädie hochladen, die Grundlagen zu Arten, botanischer Kunst und anekdotischen Informationen enthält. Die Food and Drug Administration könnte Barcodes verwenden, um Kräuterzusätze zu testen. US-Zoll und Grenzschutz könnten damit verdächtige Importe identifizieren.

Erickson hat auch Pflanzen-DNA in den Eingeweiden von zehn verschiedenen Insektenreihenfolgen von Plummers Island gefunden. Er möchte besser verstehen, welche Insekten Spezialisten sind, das heißt, sie fressen bestimmte Pflanzenarten, und welche Generalisten, die so gut wie alles fressen.

"Ich bin ein Find'em and Grind'em-Typ", sagt Erickson und verwandelt einen gewöhnlichen botanischen Bogen in eine Prahlerei. Kress, ein Vegetarier, verdreht die Augen in vorgetäuschtem Ekel.

"Du bist definitiv kein Spezialist", neckt Erickson und lässt eine hellgrüne Raupe in einen winzigen Probenbeutel fallen. "Du bist ein Generalist. Ich habe gesehen, wie du isst."

Die Botaniker John Kress und Dave Erickson haben fünf Jahre lang DNA-Sequenzen der 250 Pflanzenarten von Plummers Island gesammelt und barcodiert. (Stephen Voss) "Jetzt geht es an die Rennen", sagt der Botaniker Dave Erickson über ein Projekt, bei dem 250 Pflanzenarten auf Plummers Island mit einem Strichcode versehen werden sollen. (Stephen Voss) DNA-Barcodes werden nach dem Universal Product Code (UPC) modelliert, der auf Verbraucherverpackungen zu finden ist. (Stephen Voss)
Den DNA-Code knacken