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那450只考拉,或许能拯救它们的物种

那450只考拉,或许能拯救它们的物种 亚马逊
2021-09-29
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导读:悉尼大学科学家将考拉基因组数据发布在AWS上,以加速防止其灭绝的努力。
卡罗琳·霍格博士从来不是一个安分守己的人。作为高级研究经理,她负责悉尼大学澳大利亚和新西兰野生动物基因组学团队在濒危物种保护方面开展了突破性科学研究,而她自己坦言是一个“A型人格,只想埋头做事的人”。
“赶紧行动吧。”她照做了。由于新冠病毒德尔塔变异株的传播,悉尼正处于严格封锁状态,而一批考拉活检样本又滞留在昆士兰州,霍格联系了该州东北部的一位朋友,请求一个不寻常的帮助。
“我去不了昆士兰,”她告诉我们,“但我在那里有一位同事是化学家。我通过Zoom给他和他的一位也是化学家的博士生上了一堂关于如何对活检样本进行亚采样的课。”
“他们俩一生中从未做过任何遗传学研究,但他们驱车前往澳大利亚动物园野生动物医院,样本就存放在那里,以便为我进行子采样。随后,他们将所有材料寄送到我家,让我可以把这些材料带到我们的实验室。这真是科学合作的全新境界。”
与Hogg的合作自然而然,他已在保护领域工作了25年,并推动更多跨学科倡议,以应对澳大利亚及全球野生动物面临的日益复杂的问题——从气候变化、人类对栖息地的破坏到疾病。
Hogg需要考拉DNA样本,因为她参与了一项协调一致的努力,旨在绘制覆盖整个物种分布范围的450只考拉的基因组图谱,并通过该Amazon Web Services (AWS) 开放数据赞助计划。
通过该项目发布这些遗传数据——该项目涵盖了对科学界具有高价值的数据集的存储费用,并使其可在云端访问和分析——霍格及其团队希望加速研发保护这一标志性但日益受到威胁的有袋动物的解决方案。
“基因组测序是决策制定的强大工具,”霍格说。“它为我们提供了对动物的深入了解,包括其免疫系统、饮食和种群多样性。”
“我们知道,一个物种内部的遗传多样性越高,其应对未来各种挑战的适应潜力就越大。我们希望找到方法,为考拉等濒危物种提供尽可能多的遗传变异,使它们能够自然地适应即将到来的挑战。”
一种可能的做法,例如将具有特定遗传特征的考拉从一个地点迁移到另一个地点。这确实会带来一系列其他问题,主要是因为考拉是挑食者,而且有些考拉比其他考拉更挑剔,但这是可行的。
“对于正在研发衣原体疫苗的研究人员来说——衣原体是一种细菌感染,是考拉的主要杀手之一——这类遗传信息可以通过识别哪些考拉种群比其他种群更容易感染该疾病,从而帮助指导疫苗管理项目。”
照片由 马修·克劳瑟
该项目获得了澳大利亚联邦政府和新南威尔士政府的支持,旨在到2050年将考拉数量翻倍,并在之前对考拉基因组进行测序的工作基础上进一步推进。该出版物于2018年发布。
这份遗传蓝图,即“参考基因组”,源自一只考拉个体的DNA。如今,霍格及其同事正在进行的工作被称为“重测序”——对更广泛的一组动物进行基因组测序,这些动物代表了该物种内所有不同类型的考拉。
“昆士兰州的考拉通常体型稍小、毛色偏棕,而维多利亚州的考拉则体型更大、呈灰色且毛发更蓬松。”霍格说,“这种变异程度曾让许多科学家认为可能存在两个独立的考拉物种,直到考拉参考基因组被测序并证明这一观点是错误的。”
“通过生成这一更广泛的新基因组数据集,我们可以开始提出这样的问题:生活在西部的考拉是否拥有我们在东海岸(那里气候更寒冷、潮湿)所没有见的基因变异?这些基因是否对应对气候变化具有重要意义?”
原计划每六到八周向 AWS Open Data Sponsorship Program 发布一批包含 96 个考拉基因组的测序数据,并计划在 2021 年底前完成全部 450 个基因组的发布。尽管新冠疫情导致时间表推迟,但首批基因组数据现已可供研究人员访问。
照片由 路易丝·M.库珀
研究人员可以立即开始使用这些特定考拉种群的数据,无需等待所有测序工作完成;但在研究整个物种分布范围内的多样性比较之前,他们必须等待全部450个基因组数据到位。
“保护考拉种群的最佳方式通常是停止砍伐它们的栖息树木,”霍格说。“但尽管我们中的许多人希望说‘我们就此停止吧’,我们必须现实一些。我们无法阻止开发进程。我们需要为这些问题找到多种创造性的解决方案,而不能固守我们在20世纪90年代开发的工具。”
对霍格而言,这意味着利用云计算等技术,使物种基因组测序更加公平,确保尽可能多的研究人员——无论其背景如何或所在机构的计算资源水平如何——都能获取遗传信息,以指导保护工作。
“我之所以开始使用 AWS,是因为我的数据量非常大,而现有的本地 IT 系统无法高效处理这些数据,”她说。“借助 AWS,我们将数据分析时间从 10 天缩短至仅 5 小时。当我意识到在云端工作的强大力量后,这激励我突破生物学的局限,去寻找其他领域的专家。”
霍格(Hogg)及其同事并非首次利用 AWS Cloud 中的大型数据集进行物种保护工作。去年,该团队使用 AWS Cloud 为塔斯马尼亚恶魔(Tasmanian devil,一种濒危的澳大利亚有袋动物)的管理生成遗传信息。
如今,霍格领导着受威胁物种倡议(Threatened Species Initiative),为澳大利亚一些最脆弱的物种生成基因组资源。该项目于 2020 年 5 月启动,目前已为 62 个物种生成了资源,这些资源未来将在 AWS Open Data Sponsorship Program 上提供。
霍格将她的研究工作描述为“跳出你原本认为可能的思维框架”,以推动科学进步。
“人类种族的生存依赖于星球的生存,而星球的生存则取决于我们维持系统多样性的能力,”霍格说。“人们很容易问:‘为什么我们需要关心保护某一个物种?’但在我们开始感叹‘哦,我们已经失去整个生态系统了!’之前,我们愿意承受多少物种的消失呢?”
“我感到非常乐观,”她说。“我们具备适应环境变化的能力。当我们决心改变某事时,我们就能够做到。”
【声明】内容源于网络
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