Biyoçeşitlilik bütün organizmaları, türleri ve popülasyonları; bunların genetik çeşitliliğini ve oluşturdukları karmaşık yapılı komünite ve ekosistemleri kapsar. Yani dünyadaki yaşamın çeşitliliğini ifade eder[1].

Dünyadaki biyolojik çeşitliliği ölçmek ve izlemek için istatistikten faydalanılır. Küçük bir alanda bulunan popülasyonun her bir bireyi sayılabilir. Örneğin, bir bahçedeki belli bir ağaç türüne ait bireyleri tek tek sayarak tespit edebiliriz. Fakat geniş bir alanda çalışılacaksa, tek tek sayım yapmak mümkün olmayacağından toplam alan küçük bölümlere ayrılarak o bölümlerden örneklemler alınır. Alınan örneklemler bütün alana oranlanarak alanın bütünündeki popülasyon büyüklüğüne dair yaklaşık bir tahmin yapılabilir.

Türlerin ve popülasyonlarının izlenmesi ile popülasyon büyüklüğü ve dağılım modellerinin güvenilir bir şekilde oluşturulmasının, biyoçeşitliliği korumaya yönelik aksiyonlar almada önemli bir yeri vardır. Türlerin izlenmesi ise arazide görsel incelemeler ve ayırt edici özelliklere bağlı fiziksel tayinlerine dayanmıştır. Fakat geleneksel olarak adlandırılabilecek yöntemler bazı durumlarda etkili ve standartlaşmış incelemeler ortaya koymamaktadır. Bunlar yakın akraba türlerin benzer dış görünüşlerinden kaynaklı hatalı tayinlerden dolayı olabilir. Bazı durumlarda ise bu geleneksel yöntemler uygulanırken çalışılan türe ya da türün habitatına zarar verici bir müdahalede bulunulması gereklidir[2]. Çok ufak, yabanda görülmesi zor olan (nadir bulunan, yaşam alanlarına zor ulaşılabilen ya da iyi saklanan) türler için de arazide taksonomik inceleme yapabilmek oldukça zordur[3]. Bunlara ek olarak, geleneksel çalışmalarda morfolojik tayinler yapmak için taksonomi uzmanlığı gereklidir. Fakat dünya çapında amatör ve profesyonel olarak taksonomiye katkı sağlayan kişilerin ve yayınların sayısının 1950’lerden beri düşüş yaşıyor olması düşündürücüdür[4].

Moleküler tekniklerin her gün daha da geliştiğini düşünürsek, çevresel örneklerden elde edilen DNA’yı analiz ederek türler, popülasyon ve komüniteler hakkında bilgi edinebiliriz. Bu yöntemle, geleneksel yöntemlerin getirdiği dezavantjları aşıp biyoçeşitliliği izlemede potansiyel bir yöntem olabileceğini görürüz.

Çevresel DNA ya da kısa adıyla eDNA (İngilizce: environmental DNA) tortu, su, hava gibi çevresel örneklerde bulunan genetik materyaldir. eDNA hücrelerde, hücre dışı DNA’da ve organizmanın bütününde de bulunabilir. Tükürük, yumurta, kan, bitki kökleri, dışkı, deri, mukus, vücut salgıları, bitki kökleri, yaprakları, meyveleri, polenleri, çürüyen organizmalar veya mikroorganizmaların bütünü eDNA için birer kaynak olabilir[2].

eDNA, barkodlama denen yöntemle analiz edilir. Barkodlama, bir organizmanın mitokondri, kloroplast organellerinde ya da çekirdekteki genetik materyalindeki tür tanımlamasına olanak sağlayabilecek kısa zincirlerin çoğaltılmasıdır. Örneğin, “mitokondriyal sitokrom c oksidaz alt ünite I (COI) geninin” barkod bölgesi olarak kullanılan 655 baz çifti uzunluğundaki bir kısmı sayesinde en fazla %2’lik bir yanılma ile kuş, balık, kelebek gruplarında bulunan farklı türlerin tanımlaması gerçekleştirilmiştir[5].

Barkodlama işlemi kısaca şu adımlardan oluşur: eDNA numunesinden DNA izolasyonu yapılır, izole edilen DNA’lar kullanılarak hedeflenen DNA barkod bölgeleri PCR ile çoğaltılır. Çoğaltılan genom dizilenir ve biyoinformatik yöntemler ile analiz edilir. Elde edilen diziler ile türlere ait genom veritabanları karşılaştırılarak alınan numunede bulunan türlerin tayini yapılabilir. Bu işlem hedeflenen bir türün varlığını kontrol etmek için yapılabileceği gibi birden çok türün varlığını kontrol etmek için de yapılabilir. Alınan tek bir eDNA numunesinden birden çok türe ait olan DNA örnekleri tanılanacaksa bu işleme “metabarkodlama” denir. Metabarkodlama, genelde mikroorganizmaları tanılamak için yaygın olarak kullanılır. Fakat meiofauna ve megafaunaya ait türlerin tespiti için de kullanılabilir[6].

Metabarkodlama yöntemi ekosistemi bozmadan tür tespit etmede oldukça başarılı ve daha az meşakkatli olduğundan, geleneksel incelemelerin mümkün olmadığı koşullarda da uygulanabilir. Ayrıca önceden detaylı taksonomi bilgisi bilmek gerektirmediğinden biyoçeşitlilik araştırmalarında ümit veren bir yöntem olarak karşımıza çıkıyor. Fakat bu yöntem, biyoçeşitlilik izlemede bazı dezavantajlara da sahip. Yöntemin standardize ve optimize edilmesi gerekli çünkü her aşamada, yapılan işlemlerin sonuçları etkileme ihtimali var. Numunenin kontaminasyona uğraması, PCR primerlerinin yanlı (biased) bir şekilde seçilmesi, veritabanlarının yetersiz olması, DNA’nın bozulma oranlarının tespit edilememesi gibi hatalar kaliteli ve doğru sonuçlar elde edilmesini engeller. Ayrıca, popülasyonun yapısı, cinsiyet ve yaş dağılımı, bireylerin kendilerine özgü durumları gibi koruma çalışmalarında kararlar alınırken göz önünde bulundurulması gereken popülasyona ait özellikler metabarkodlama yöntemiyle belirlenemez. Ancak metabarkodlama nadir, kriptik (iki veya daha fazla türün morfolojik olarak ayırt edilemediği için tek bir tür olarak sınıflandırılması durumu), istilacı veya korunması gereken türlerin tespit edilmesinde iyi bir araç olduğu için geleneksel yöntemler ile birlikte kullanılması halinde ekosistem ağlarının en iyi şekilde tespit edilebileceği düşünülüyor[3].

Metabarkodlama yöntemi şimdiye kadar deniz, tatlı su ve karasal ekosistemlerinin biyoçeşitlilik çalışmalarında uygulanmıştır. Hatta nesli tükenmiş ekosistemleri tespit etmek için dahi eDNA analizi yapılmıştır. Direkt olarak sudan ya da karasal ve akuatik tortulardan, biyofilmlerden, topraktan, buzdan eDNA numuneleri alınarak o habitatlarda bulunan türler tespit edilmiştir[2,3]. Örneğin bir çalışmada amfibi ve balık faunası önceden iyi bilinen dört göletten alınan eDNA numuneleri PCR ile türe özgü primerlerle çoğaltılıp dizilendiğinde daha önce geleneksel yöntemlerle kaydedilmiş tüm balık ve amfibi türleri için %100 dizi eşleşmesi görülmüştür. Hatta suya yakın yaşayan bazı kuş türlerine (Fulica atra, Columba palumbus, Acrocephalus palustris) ve kızıl geyik (Cervus elaphus) türüne ait DNA dizilerine de erişilmiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar DNA tespitinin, biyoçeşitlilik saha çalışmalarında ve koruma çalışmalarına entegre edilirse gelecek vaat ettiğini gösteriyor[7].

Karasal ekosistemler için şimdiye kadar doğrudan topraktan, tortulardan ya da buzdan numuneler alınmıştır. Fakat yakın zamanda yayınlanan iki çalışma, karasal ekosistemlerde türlerin tespit edilmesi için için yeni bir yöntemi test etmiş bulunmakta. Bu yöntem, hava yoluyla taşınan eDNA’nın filtreler bağlanmış vakumlar yardımıyla yakalanıp analiz edilmesine dayanıyor. Birleşik Krallık ve Danimarka’da bulunan birbirinden bağımsız iki araştırma grubu bu yöntemi; içerisindeki canlı türleri bilinen, aynı zamanda yerli olmayan türler barındıran Hamerton ve Kopenhag hayvanat bahçelerinde test etti.

Birleşik Krallık’ta bulunan ekip Hamerton Hayvanat Bahçesi’nde belirledikleri 20 farklı açık ve kapalı bölgeden özel filtreler bulunduran peristaltik pompalar yardımıyla havadan 72 adet eDNA numunesi elde etti. Metabarkodlama (PCR, dizileme ve analiz) sonucunda eDNA numunelerinde 25 farklı kuş ve memeli türü tespit edildi. Bunlardan 17 tanesinin hayvanat bahçesinde bulunan hayvanlara ait olduğu belirlendi. Geri kalan türlerin ise hayvanat bahçesinde bulunan yırtıcı hayvanları beslemek için kullanılan (inek, domuz ve tavuk gibi) ve hayvanat bahçesi sınırlarının dışında bulunan başka hayvanlar olduğu tespit edildi. Hatta numunelerin üçünde şu an Birleşik Krallık’ta IUCN kategorileri arasında hassas (VU) kategoride kabul edilen Avrupa kirpisine (Erinaceus europaeus) ait DNA da ekip tarafından belirlendi [8](Bkz. Görsel 3).

Görsel 3. Hamerton Hayvanat Bahçesi’nde 7 ayrı bölgede havadan toplanan eDNA numunelerinde tespit edilen türler. Yeşil renk hedef bölgede barınan türleri, mavi renk hedef bölgede bulunmayıp başka bölgede barınan türleri, sarı renk beslemede kullanılan türleri, siyah renk ise hayvanat bahçesi dışında bulunan yaban hayatına ait türleri temsil ediyor. Dairelerin büyüklüğü ise DNA kopya sayısının büyüklüğü ile orantılı[8].

Danimarka’da bulunan ekip ise Kopenhag Hayvanat Bahçesi’nde belirledikleri 3 farklı bölgeden, 1 adet su hazneli elektrik süpürgesi ve 2 adet özel yapım, 3D yazıcı ile oluşturulmuş filtrelere sahip vakumlar yardımıyla toplam 40 adet eDNA numunesi elde etti. Metabarkodlama sonucunda numunelerde toplam 49 omurgalı (30 memeli, 13 kuş, 4 balık, 1 amfibi ve 1 sürüngen) türü bulunduğu belirlendi. Bunlardan 38 tanesi hayvanat bahçesinde yaşayan hayvan türleriyken geri kalan 3 tanesinin hayvanları beslemek için kullanılan balıklar olduğu, 3 tanesinin hayvanat bahçesinde haşere olarak bulunan kemirgenler olduğu, 5 tanesinin de Birleşik Krallık çalışmasına benzer şekilde kızıl sincap (Sciurus vulgaris) gibi hayvanat bahçesinde yaşamayan fakat etrafında bulunabilecek hayvanlar olduğu tespit edilmiştir[9] (Bkz. Görsel 4).

Görsel 4.
A. Kopenhag Hayvanat Bahçesi’nde havadan eDNA numunesi alınan 3 farklı bölge ve numune toplama noktaları (X ile işaretlenmiştir).
B. Açık hava bölgesine erişebilen hayvanlar ve bölgedeki konumları. Numunelerin toplandığı nokta X ile işaretlenmiş; metabarkodlama sonucu tespit edilebilen türler sarı renk ile, tespit edilemeyen türler ise beyaz renk ile gösterilmiştir [9].

Her iki çalışmada da, uzak mesafelerden havada bulunan eDNA’dan oldukça düşük yanlış pozitif değerler ile tür tespiti yapılabileceği belirtilmiştir. Karasal ekosistemler için havadan eDNA numunesi elde etme yöntemi henüz yeni olduğundan, doğal çevrelere ve habitatlara uyumlu çalışmalar yapabilmek için yöntemde gerekli iyileştirmeler ve protokollerde standardizasyonlar yapılması gerekliliği çalışmalarda vurgulanmıştır. Sucul ekosistemlerde kullanılan metabarkodlama yönteminin ilk uygulanışından beri çokça geliştirildiği ve şu an tür tayinlerinde yaygın olarak kullanıldığı belirtilmiştir. Havadan eDNA izole etme yönteminin de aynı şekilde karasal türlerin tayininde kullanılabilme potansiyeli taşıdığı yine ortak olarak ifade edilmiştir[8, 9].

Bu iki bağımsız çalışmanın birbirini destekleyen sonuçlarının ışığında süreçlerin optimize edilebilmesi durumunda bilhassa iklim ve biyoçeşitlilik krizinin yaşandığı bu dönemde, havada bulunan eDNA’dan tür tespiti yönteminin karasal ekosistemleri izlemede yeni bir devrim yaratacağı; bunun da biyoçeşitliliği koruma çalışmalarına büyük katkılar sağlayacağı öngörülüyor[8, 9].


KAYNAKÇA

[1] United Nations Environment Programme (2010). What is Biodiversity? [Bilgi Formu]. Son erişim tarihi: 07.03.2022

[2] Thomsen, P. F., & Willerslev, E. (2015). Environmental DNA–An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity. Biological conservation, 183, 4-18.

[3] Ruppert, K. M., Kline, R. J., & Rahman, M. S. (2019). Past, present, and future perspectives of environmental DNA (eDNA) metabarcoding: A systematic review in methods, monitoring, and applications of global eDNA. Global Ecology and Conservation, 17, e00547.

[4] Hopkins, G., & Freckleton, R. P. (2002). Declines in the numbers of amateur and professional taxonomists: Implications for conservation. Animal Conservation. 5, 245 – 249.

[5] Keskin, E., & Atar, H. H. (2013). DNA Barkodlama: Mitokondriyal COI Geni Kullanılarak Moleküler Tanımlama. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 6(2), 1-8 .

[6] Yılmaz, R. (2021). Barkodlama ve Metabarkodlama Tekniği: Meyve ve Sebzeler için Nükleik Aside Dayanan Moleküler Tanımlama. Gıda Mühendisliği Dergisi, 48(25), 42-51.

[7] Thomsen, P. F., Kielgast, J. O. S., Iversen, L. L., Wiuf, C., Rasmussen, M., Gilbert, M. T. P., … & Willerslev, E. (2012). Monitoring endangered freshwater biodiversity using environmental DNA. Molecular ecology, 21(11), 2565-2573.

[8] Clare, E. L., Economou, C. K., Bennett, F. J., Dyer, C. E., Adams, K., McRobie, B., … & Littlefair, J. E. (2022). Measuring biodiversity from DNA in the air. Current Biology. 32(3), 693-700

[9] Lynggaard, C., Bertelsen, M. F., Jensen, C. V., Johnson, M. S., Frøslev, T. G., Olsen, M. T., & Bohmann, K. (2022). Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring. Current Biology. 32(3), 701-707

Yazı Sahibi

Hacettepe Üniversitesi Biyoloji Bölümü 1. sınıf öğrencisiyim. Doğada gözlem yapmayı ve aklıma takılan soruları araştırmayı severim.