Midt i kølig tåge og sort lavaberg klipper botaniker Vicki Funk en stamme fra en gulblomstret Hawaiian plante kaldet 'ilima ( Sida fallax ). ”Når lava kommer ud i havet, er det dette, der koloniserer nye øer, ” forklarer hun.
Relateret indhold
- Hvad Genomisk Forskning kan fortælle os om Jordens Biodiversitet
Funk, en forsker ved Smithsonian National Museum of Natural History, er dog langt fra Hawaii. I stedet er hun i et rum i US Botanic Garden's glasvæggede vinterhave i Washington, DC. Efter at hun hurtigt har pisket stilken på et rent ark tyndt papir, tilføjer Funk det til sin trekkspillignende fil med pressede planter. Hver er konserveret mellem papir og pap, bogført af trælister og bundet sammen med lyse orange stropper. I mellemtiden klippede praktikanter i gymnasiet og college i hendes laboratorium en vævsprøve fra den samme plante og sætter den hurtigt i et reagensglas, der er opbevaret i en boblende kedel med flydende nitrogen. For 'ilima er hastighed essensen. ”DNA begynder at nedbrydes næsten øjeblikkeligt, ” forklarer Funk.
Onsdag bevægede Funk og hendes trup sig rundt i haven og tog prøver fra andre planter - et kakaotræ, snefnug aloe og en maurplante blandt andre. Hendes arbejde er en del af Smithsonians Global Genome Initiative (GGI), der startede et kæmpe sommerhaven-projekt i denne uge.
Sida fallax eller 'ilima bor i et vulkansk stenhabitat ved den amerikanske botaniske have, vinterhave, langt fra sit oprindelige hjem på Hawaii. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian-institutionen) GGI lancerede for to år siden, og dets mål er at bevare halvdelen af verdens biodiversitet i oplagringssteder over hele kloden. For at opnå dette har forskere prøvetaget og katalogiseret planter, dyr og insekter i feltekspeditioner over hele kloden. ”Tænk på det som konserveringsbiologi fra det 21. århundrede, ” siger Jon Coddington, en entomolog på museet, der fører tilsyn med projektet.
For planter betyder det at slå den gamle skole sammen med nye teknikker til indsamling af skoler. Botanikere har længe brugt træplanter til at dokumentere blade, blomster og endda rødder i en traditionel herbariumprøve. Ved at suspendere vævsprøver i silicagel og fryse dem i flydende nitrogen kan de bedre forstå plantens genetiske hemmeligheder. Pressede prøver tørres for at dræbe eventuelle omstrejfende bugs, mens vævsprøver opbevares i gigantiske kryogene kamre på Institutionens Museum Support Center i Suitland, Maryland.
Pressede herbariumprøver kan kun fortælle os så meget om planter, fordi deres DNA nedbrydes over tid. Bevarelse af en plantes genetik åbner en række forskningsmuligheder, men "adgang til genomkvalitetsmateriale er det mest begrænsende trin i plantegenomik, " siger Coddington. Den bedste måde at bevare DNA på er at fryse det i flydende nitrogen og opbevare det på faciliteter som institutionens kryogene oplagringssted - et af de største i sin slags.
Vævsprøver fra planter i GGI Gardens-projektet opbevares i enorme kryogene tanke fyldt med flydende nitrogen. Disse frysere under nul kan indeholde op til 4 millioner prøver. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Forskere ved meget om planter, der er nyttige for mennesker, men der er enorme huller i plantens slægtstræ. Sekvensering af en overflod af plantegenomer kan udfylde disse huller. Heldigvis er teknologien til at gøre det blevet meget billigere og hurtigere i det sidste årti. ”Det tog ti år at sekvensere det menneskelige genom. Nu kunne du gøre det på cirka en time, ”siger John Kress, en botaniker på museet og Smithsonian's Undersecretary for Science.
Lige nu har forskere genomiske prøver fra omkring tre procent af plantegeneraterne over hele verden. I løbet af sommeren vil felthold - blot ved at samle i haver og parker i området Washington, DC, - bestræbe sig på at prøve halvdelen af verdens plantefamilier. Dernæst tager de projektet på vej til andre botaniske haver. I de næste to år håber forskerne på at samle prøver fra halvdelen af plantegeneraterne, der bor på Jorden. "At gå fra tre til 50 procent, det er en enorm forskel, " siger Coddington.
Det ville dog tage et stykke tid at række så mange planter. For tiden ønsker GGI bare at få prøverne på is. For nem identifikation opretter de en DNA-stregkode for hver prøve ved at sekventere to gener, der varierer fra en plante til en anden. Prøverne vil blive bevaret i en database online og tilgængelige for planteentusiaster og forskere over hele kloden. I øjeblikket kan dette bibliotek hjælpe med at identificere planter rundt om i verden, og forskere kan nede på linjen bruge det til at rækkefølge og studere hele plantegenomer.
En botanisk have kan virke som et usædvanligt feltsted. Man kan forestille sig, at botanikere trapper gennem jungler og klatrer bjergtoppe for at samle sjældne og uopdagede planter. Funk- og botanikastudent Morgan Gostel er vandret til høje højder i Andesbjergene for at samle planteeksemplarer, sommetider campere ud under frysetemperaturer og trække flydende nitrogenbeholdere op i bjergene. Denne feltekspedition holder dem meget tættere på hjemmet med afgjort bedre vejr og masser af hipfood-truckmuligheder. Imidlertid “det beskidte arbejde med at fremstille samlingen er virkelig ikke anderledes end hvad du ville gøre i marken, ” bemærker Gostel.
Sarah Gabler udtager en vævsprøve fra en plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Testrør indpakkes i folie og falder ned i en bærbar flydende nitrogenbeholder. (US Botanic Garden) 
Kristen Van Neste og Vicki Funk trykker på et lyserødt gentian-eksemplar af plymouth-rose. Planter blev valgt til prøveudtagning baseret på sæsonbestemt blomstring. (US Botanic Garden) 
Funk og hendes team jager planter til prøve ved USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk skærer en prøve af sjælden snefnug aloe ( Aloe rauhii ), der er hjemmehørende i Madagaskar. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian-institutionen) 
En prøve af snefnug aloe venter på at blive fladet ud i Funk's plantepresse. Når de opretter en pressning, forsøger forskere at inkludere så mange dele af planten, som de kan, fra blomster til rødder. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler og Vicki Funk dropper et reagensglas, der indeholder en vævsprøve fra en maurplante ( Hydnophytum formicarum ) i deres flydende nitrogenfelttank. Små myrer bebor denne plantes stængler. (US Botanic Garden) 
Plantekurator Bill McLaughlin fra den amerikanske botaniske have holder en kim af en kakaotræ ( Theobroma cacao ), en af flere planter, der blev udtaget til prøve ved onsdagens demonstration. Nogle plantegenomer, der er nyttige til menneskeligt landbrug, ligesom kakao, er allerede blevet sekventeret. (James Di Loreto, Smithsonian-institution) 
Praktikanter (fra venstre til højre) Sarah Gabler, Asia Hill og Kristen Van Neste ser på, mens Vicki Funk (længst til højre) strammer sin plantepresse for at bevare en prøve af en myrplante kaldet plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ) ved den amerikanske botaniske have den 8. juli 2015. Teamet tog også noter og billeder for at gå en anden med de pressede og frosne prøver, som de indsamlede. (James Di Loreto, Smithsonian-institution) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill og Morgan Gostel tager en pause fra prøveudtagningsanlæg for at posere for et gruppefoto uden for US Botanic Garden's konservatorium. (James Di Loreto, Smithsonian-institution) Så hvorfor det uortodokse mødested? Som levende plantemuseer er haver et ideelt sted at udfylde disse huller med veldokumenterede prøver, der er grundlagt til genomisk sekventering. ”Botaniske haver har samlet samlinger som denne, i nogle tilfælde i hundreder af år, tilbage til renæssancen, ” siger haveens direktør Ari Novy. Haver fungerer også som paraplyorganisationer for grupper, der er involveret i artsopdagelse. Nogle har også frøbanker og er specialiserede i specifikke planter.
Forskere kan lære alle mulige ting fra frø- og vævsprøver, fra at identificere invasive arter til at besvare store spørgsmål om planteudvikling. ”Det er ubegrænset, ” bemærker Félix Forest, en planteevolutionsbiolog ved Kew Royal Botanical Gardens i England. Kew arbejder på et lignende projekt for at bevare genetiske prøver af 25 procent af vilde plantearter i 2020.
GGI og Kew er en del af en større bevægelse for at bevare plantediversiteten i biorepladser, ligesom Smithsonians kryogene anlæg og Svalbards Antarktisfrøhvelv. De har slået sig sammen med lignende organisationer for at danne Global Genome Biodiversity Network (GGBN).
Hvad er det? ”Ideelt set ønsker du at bevare et levende eksemplar, men det bliver mindre muligt, ” siger Coddington. Sidste måned foreslog forskere, at Jorden allerede var midt i sin sjette begivenhed med masseudryddelse. Med ødelæggelse af levesteder og en række klimaændringsrelaterede trusler i horisonten, ønsker forskere at bevare nogle prøver, mens de stadig kan. ”Der er en vis haster med dette, ” tilføjer Kress.
At bevare disse genomer nu, kan hjælpe os med at lære af dem i fremtiden. Forest er enig, ”Hvis vi har den genetiske mangfoldighed bevaret på en eller anden måde, kan vi vende tilbage til det om 20 år.” Ud over at lære af plante-DNA, kunne forskere endda genopstå uddøde planter. Ideen om at bringe en art tilbage fra døden kommer naturligvis med kontrovers, men lad os ikke komme foran os selv. Forest advarer, ”Dette er ikke Jurassic Park - endnu. Men teknologien bevæger sig så hurtigt, at hvem ved hvad vi kunne gøre med et rør med DNA 20 år fra nu. ”
