환경 DNA란?
야생 동물 보호에서 가장 큰 도전 중 하나는 어떤 종이 어디에 살고 있는지 정확한 정보를 얻는 것입니다. 모든 환경을 보호하기 위해 과학자와 국회의원들은 무엇부터 시작을 해야 하는지 잘 알아야 합니다.
일반적인 조사에는 숲이나 현장에 나가서 식물, 새 또는 포유류의 종을 찾는 것이 우선됩니다. 그러나 최근 수십 년 동안의 DNA 시퀀싱 기술의 발전은 과학자들에게 야생 동물을 모니터링할 수 있는 완전히 새로운 방법을 제시했습니다. 동물 스스로를 찾기 위해 나가는 것보다 필요한 것은 환경 DNA의 작은 샘플이라 할 수 있습니다.
이번 포스팅에서는 환경DNA가 무엇인지 자세히 서술해보겠습니다.
목차
환경 DNA란 무엇일까요?
물고기와 같은 유기체가 환경을 통해 이동할 때 죽은 피부 세포, 점액 또는 대변과 같은 자신의 일부를 주변으로 끊임없이 흘립니다. 이 유기물의 DNA를 환경 DNA(eDNA)라고 합니다.
누군가가 물 샘플을 테스트하면 이 DNA 조각은 물고기가 보이지 않더라도 최근 물고기의 흔적을 알아낼 수 있습니다.
eDNA 연구의 이점
이러한 DNA 염기서열 분석 기술의 발전은 물뿐만 아니라 토양, 공기 등의 모든 환경에 적용할 수 있습니다. 이를 통해 연구자는 단순히 눈에 보이는 종을 식별하는 것보다 환경에 어떤 종이 살고 있는지 훨씬 더 자세한 환경지도를 구축할 수 있습니다.
또한 과학자들은 모든 환경에 존재하지만 크기가 너무나도 작기 때문에, 거의 찾을 수 없는 작은 무척추동물과 미생물들을 찾고 식별할 수 있습니다. 이 작은 생물은 건강한 환경에서 종종 간과되기는 하지만, 작은 크기와 다양성, 시각적으로 식별하는데 필요한 시간과 전문 지식수준이 높아짐으로 인해 거의 연구되고 있지는 않습니다.
각 국의 연구자들은 eDNA 접근법이 생물다양성 발견과 실질적인 자연 보전을 지원하는 방법을 조사하는 여러 프로젝트를 주도하여 실시하고 있습니다. 그리고 현재 보존 모니터링은 화초, 새, 포유류 및 나비와 같은 소수의 종 그룹에만 초점을 맞추는 경향이 있는데, eDNA는 무척추 동물과 같은 종 풍부 그룹과 기존의 조사에서는 간과될 수 있는 희귀종을 포함하여 생명체의 전체 다양성을 고려할 수 있게 해주는 획기적인 방법이라 평가하고 있습니다.
이러한 새로운 방법은 우리가 생물다양성을 모니터링하는 방식을 근본적으로 바꿀 가능성이 있습니다. 즉, 더 빠르고 저렴하며 확장이 쉽고 정확합니다. 아직 극복해야 할 몇 가지 과제가 있지만, DNA 주도 방법은 이미 훨씬 더 다양한 종 그룹을 찾고 이전에는 실용적이었을 방법보다는 더 넓은 공간과 더 긴 기간에 걸쳐 반복적으로 샘플링할 수 있게 해 줍니다.
우리는 이제 전체 야생 동물 공동체를 통합하는 것이 얼마나 쉬운지, 그리고 자연 보호를 위해 이러한 방법을 조정하고 적용하는 방법이 얼마나 효과적인지 잘 알 수 있게 되었습니다.
eDNA를 샘플링하는 방법
모든 것은 테스트할 환경의 샘플을 취하는 것으로 시작됩니다. 일반적으로 샘플은 토양, 물 또는 공기를 채취하게 됩니다. 그러나 eDNA는 동물의 내장이나 대변, 심지어 꽃의 꽃잎에 떨어지거나 날아가는 곤충을 잡기 위해 설치된 트랩에서도 샘플링할 수 있습니다.
토양과 물 샘플은 생물학적 활동이 DNA를 분해하는 것을 방지하기 위해 즉시 얼리게 됩니다. 그런 다음 샘플은 박물관의 분자 연구실에서 DNA 추출 및 시퀀싱을 위해 보내집니다. 여기에는 샘플에서 발견된 DNA 단편의 특정 섹션에 대한 DNA 코드를 추출, 증폭 및 재구성하는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 이들은 샘플에 어떤 유형의 유기체가 있었거나 최근에 존재했는지 광범위하게 식별하는 데 사용할 수 있습니다.
DNA 기반 식별 결과는 종종 OTU(Operational Taxonomic Units)로 알려져 있는데, 이는 식별이 종 자체를 직접 관찰하는 것이 아니라 작은 유전자 코드 분석을 기반으로 한다는 것을 의미합니다. 박물관 과학자들은 박물관의 야생동물 정원에서 이러한 최첨단 eDNA 샘플링 기술 중 일부를 테스트하고 있습니다. 이 작업은 보존 도구로서 eDNA 샘플링 및 분석을 개발하고 개선하기 위한 장기 프로그램의 일부이므로, 연구원들은 eDNA 결과를 기존의 모니터링과 비교하기 위해 전문 지식을 사용하고 있습니다.
박물관 과학자들이 DNA와 eDNA를 찾기 위해 땅에서 1컵 미만의 토양을 채취했을 때, 그들은 샘플을 통해 이동했거나 이동한 종의 수와 대략 동일한 5,672개의 놀라운 OTU의 DNA가 있음을 알아냈습니다. 여기에는 약 995종의 다양한 균류 OTU, 620종의 선충류, 296종의 곤충 및 절지동물, 12종의 서로 다른 지렁이 종, 매우 다양한 단세포 조류 및 미세한 원생생물(동물, 식물 또는 균류가 아닌 비박 테리아 유기체)이 포함됩니다.
이들 유기체 중 다수는 건강한 토양을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 일반적으로 자세히 연구하지는 않습니다. 올바른 DNA 바코드의 선택을 주의 깊게 표적화함으로써, eDNA 연구는 우리가 대부분의 생명체를 관찰하는데 도움이 될 수 있습니다. 그중에서도 가장 적게 발견된 그룹은 무척추동물입니다. 우리나라에서만 25,000종이 넘는 곤충이 있고 한 사람이 모든 곤충을 식별할 수 없기 때문에, 이것은 놀랄만한 일이 아닙니다.
eDNA 연구는 이미 종 그룹을 식별하기 어려운 이들에게 도움을 주고 있으며, DNA 서열을 그것이 유래한 종에 연결하는 DNA 참조 라이브러리가 방대해짐에 따라 앞으로 더욱 유용하게 쓰이게 될 것입니다.
eDNA 분석이 야생 동물에 대한 전통적인 샘플링 및 조사를 대체할 것입니까?
우리를 둘러싼 숨겨진 다양성을 밝히는 데 eDNA를 사용하는 것은 정말이지 놀랍습니다. 매년 연구자들이 이 기술에 대한 더 많은 응용 프로그램을 개발하고 있기 때문입니다. DNA 기반 방법은 전통적인 조사를 대체하기보다는 그것을 보완하는 것이라고 과학자들은 말합니다. eDNA의 사용은 증거 기반을 넓히고 심화시킬 가능성이 있지만 전통적인 조사는 항상 상당한 과학적 이점을 가질 뿐만 아니라, 연구를 하는 사람들에게 즐거움을 줄 수 있습니다.
현재 DNA 테스트는 예를 들어 인구 수준과 향후 추세에 대한 정보를 안정적으로 수집할 수 있는 단계가 아니므로, 인구가 어떻게 변화하는지 모니터링하기 위해 여전히 전통적인 조사가 필요하다고 보고 있습니다.
eDNA 샘플링의 방법은 무엇입니까?
eDNA의 가장 일반적인 방법 중 하나는 물을 샘플링하는 것입니다. 예를 들어, 해저에서 샘플을 채취했을때, 아주 깊은 곳에 무엇이 살고 있는지에 대한 풍부한 데이터를 제공하여, 잠수 고래, 심해 물고기 또는 갑각류의 존재 또한 나타낼 수 있습니다. 그러나 수년에 걸쳐 이러한 연구방법이 많이 발전했습니다.
이제 연구자들은 토양을 샘플링하고 우리 발 아래에서 발견되는 놀라운 종의 다양성을 밝힐 수 있습니다. 우리가 호흡하는 공기를 샘플링한 다음 압축하여 공기에 포함된 DNA를 추출하는 방법도 있습니다.
또한 과학자들은 다른 동물이 사실상의 DNA를 수집하는 매개체로서 어떻게 행동할 수 있는지에 대해서도 생각하고 있습니다. 연구에 따르면 스펀지가 엄청난 양의 물을 걸러낼 때 eDNA 조각도 걸러내고 이를 시퀀싱 할 수 있습니다. 한 연구에서는 스펀지 조각을 샘플링하여 펭귄과 물개를 포함한 31종의 다른 종을 식별할 수 있었습니다. 비슷한 기술이 면봉으로 꽃의 꽃잎에서 시료를 채취하는 데에도 적용될 수 있습니다. 그러면 해당 지역에 어떤 꽃가루 매개자가 살고 있는지에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
마치며
기술이 계속 발전하고 아이디어가 계속해서 확장됨에 따라 eDNA는 우리 주변의 야생 동물에 대해 배우고 보호하는데, 도움이 되는 정말 흥미롭고 창의적인 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기술을 더욱 발전시켜 나간다면 우리 종의 기원에 대해서도 한층 더 빠르고 정확하게 알 수 있을지 않을까 하는 생각이 듭니다.
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