Berta Sándor
Fákról gyűjt környezeti DNS-t egy különleges drón
A mai napig fedeznek fel új állatfajokat az esőerdőkben, melyek nehezen megközelíthetőek az emberek számára. A kutatók egy új módszert dolgoztak ki a minták összeszedésére.
Az ETH Zürich, a Svájci Szövetségi Erdészeti, Hó- és Tájkutató Intézet (WSL) és a Spygen cég munkatársai olyan repülő eszközt fejlesztettek ki, amely képes leszállni a fák ágaira és azokról mintát venni. Ez egy olyan új dimenziót nyit meg a tudósok előtt, amely korábban csak a vakmerő fára mászóknak adatott meg.
Az ökológusok egyre gyakrabban használják az élő szervezetek által a környezetben hátrahagyott genetikai anyagok nyomait, az úgynevezett környezeti DNS-t a biológiai sokféleség nyomon követésére és nyilvántartására. E DNS-nyomok segítségével a kutatók meg tudják határozni az adott területen előforduló fajokat. Általában könnyen lehet víz- vagy talajmintát venni, de bizonyos élőhelyek nehezen hozzáférhetők a szakemberek számára, ilyen például az erdők lombkoronája. A kevéssé kutatott területeken ezért sok faj rejtve marad.
A megalkotott robotrepülőgép a mintagyűjtési célra ragasztócsíkokkal van felszerelve. Amikor a pilóta nélküli légi jármű leszáll egy ágra, annak anyaga megtapad rajta. A kutatók ezután a laboratóriumban DNS-t tudnak belőle kinyerni, elemezni és adatbázis-összehasonlítással a különböző élőlényekhez rendelni. De az ágak különböző vastagságúak és rugalmasságúak, ráadásul visszapattannak, amikor a drón rájuk száll. A szakemberek számára nagy kihívást jelentett a robotrepülőgép olyan programozása, hogy az mégis képes legyen önállóan megközelíteni egy ágat és egy bizonyos ideig stabilan rajta maradni a mintavételhez.
"Az ágakra való leszállás komplex irányítást igényel" - magyarázta Dr. Stefano Mintchev, az ETH Zürich és a WSL környezetvédelmi robotika professzora. Kezdetben a pilóta nélküli légi jármű nem tudja, hogy egy ág mennyire rugalmas, ezért erőmérő ketreccel van felszerelve. Ez lehetővé teszi a drón számára, hogy ezt a tényezőt a művelet helyszínén mérje és a repülési manőverbe beépítse. A tudósok hét fafajon tesztelték az új repülő eszközüket. A mintákban 21 különböző élőlénycsoport DNS-ét találták meg, köztük madarakét, emlősökét és rovarokét. "Ez biztató, mert azt mutatja, hogy a gyűjtési technika működik" - mondta Mintchev.
A kutatók most tovább szeretnék fejleszteni a drónjukat és alkalmassá tenni egy versenyre, amelynek célja, hogy 24 óra alatt minél több különböző faj mintáját gyűjtsék össze egy 100 hektáros esőerdőben Szingapúrban. Ahhoz, hogy a versenyen uralkodó körülményekhez hasonló körülmények között teszteljék a robotrepülőgép hatékonyságát, Mintchev és kollégái jelenleg a zürichi állatkert Masoala esőerdejében dolgoznak. "Ennek az az előnye, hogy tudjuk, mely fajok vannak jelen. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban felmérjük, mennyire teljes körűen gyűjtjük a környezeti DNS-nyomokat ezzel a technikával, vagy nem hagyunk-e ki valamit" - hangsúlyozta a professzor.
A sikerhez a gyűjtőeszköznek még hatékonyabbá és gyorsabbá kell válnia. A tanulmányhoz végzett tesztek során a pilóta nélküli légi jármű három nap alatt hét fáról gyűjtött anyagot, Szingapúrban viszont tízszer több fára kell elrepülnie és 24 óra alatt kell mintákat gyűjtenie. A természetes esőerdőben történő mintavétel hatalmas kihívást jelent a szakemberek számára, mert a gyakori eső lemossa a környezeti DNS-t a felületekről. A szél és a felhők is megnehezítik a drón működtetését. "Ezért nagyon kíváncsiak vagyunk, hogy a mi gyűjtési módszerünk a trópusokon uralkodó szélsőséges körülmények között is beválik-e" - taglalta a tudós.
Az ETH Zürich, a Svájci Szövetségi Erdészeti, Hó- és Tájkutató Intézet (WSL) és a Spygen cég munkatársai olyan repülő eszközt fejlesztettek ki, amely képes leszállni a fák ágaira és azokról mintát venni. Ez egy olyan új dimenziót nyit meg a tudósok előtt, amely korábban csak a vakmerő fára mászóknak adatott meg.
Az ökológusok egyre gyakrabban használják az élő szervezetek által a környezetben hátrahagyott genetikai anyagok nyomait, az úgynevezett környezeti DNS-t a biológiai sokféleség nyomon követésére és nyilvántartására. E DNS-nyomok segítségével a kutatók meg tudják határozni az adott területen előforduló fajokat. Általában könnyen lehet víz- vagy talajmintát venni, de bizonyos élőhelyek nehezen hozzáférhetők a szakemberek számára, ilyen például az erdők lombkoronája. A kevéssé kutatott területeken ezért sok faj rejtve marad.
A megalkotott robotrepülőgép a mintagyűjtési célra ragasztócsíkokkal van felszerelve. Amikor a pilóta nélküli légi jármű leszáll egy ágra, annak anyaga megtapad rajta. A kutatók ezután a laboratóriumban DNS-t tudnak belőle kinyerni, elemezni és adatbázis-összehasonlítással a különböző élőlényekhez rendelni. De az ágak különböző vastagságúak és rugalmasságúak, ráadásul visszapattannak, amikor a drón rájuk száll. A szakemberek számára nagy kihívást jelentett a robotrepülőgép olyan programozása, hogy az mégis képes legyen önállóan megközelíteni egy ágat és egy bizonyos ideig stabilan rajta maradni a mintavételhez.
"Az ágakra való leszállás komplex irányítást igényel" - magyarázta Dr. Stefano Mintchev, az ETH Zürich és a WSL környezetvédelmi robotika professzora. Kezdetben a pilóta nélküli légi jármű nem tudja, hogy egy ág mennyire rugalmas, ezért erőmérő ketreccel van felszerelve. Ez lehetővé teszi a drón számára, hogy ezt a tényezőt a művelet helyszínén mérje és a repülési manőverbe beépítse. A tudósok hét fafajon tesztelték az új repülő eszközüket. A mintákban 21 különböző élőlénycsoport DNS-ét találták meg, köztük madarakét, emlősökét és rovarokét. "Ez biztató, mert azt mutatja, hogy a gyűjtési technika működik" - mondta Mintchev.
A kutatók most tovább szeretnék fejleszteni a drónjukat és alkalmassá tenni egy versenyre, amelynek célja, hogy 24 óra alatt minél több különböző faj mintáját gyűjtsék össze egy 100 hektáros esőerdőben Szingapúrban. Ahhoz, hogy a versenyen uralkodó körülményekhez hasonló körülmények között teszteljék a robotrepülőgép hatékonyságát, Mintchev és kollégái jelenleg a zürichi állatkert Masoala esőerdejében dolgoznak. "Ennek az az előnye, hogy tudjuk, mely fajok vannak jelen. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban felmérjük, mennyire teljes körűen gyűjtjük a környezeti DNS-nyomokat ezzel a technikával, vagy nem hagyunk-e ki valamit" - hangsúlyozta a professzor.
A sikerhez a gyűjtőeszköznek még hatékonyabbá és gyorsabbá kell válnia. A tanulmányhoz végzett tesztek során a pilóta nélküli légi jármű három nap alatt hét fáról gyűjtött anyagot, Szingapúrban viszont tízszer több fára kell elrepülnie és 24 óra alatt kell mintákat gyűjtenie. A természetes esőerdőben történő mintavétel hatalmas kihívást jelent a szakemberek számára, mert a gyakori eső lemossa a környezeti DNS-t a felületekről. A szél és a felhők is megnehezítik a drón működtetését. "Ezért nagyon kíváncsiak vagyunk, hogy a mi gyűjtési módszerünk a trópusokon uralkodó szélsőséges körülmények között is beválik-e" - taglalta a tudós.