Norge får internasjonalt ansvar: Strekkoder alle levende organismer

I 250 år har biologer brukt synet til å skille arter. Metoden er ikke god nok. Nå skal de kartlegge det biologiske mangfoldet med DNA-strekkoder. Til høsten får Norge det internasjonale ansvaret for å strekkode artene i Arktis.

MATSIKKERHET: – Om noen år kommer et håndholdt apparat som inneholder hele barcodedatabasen. Da blir barcoding like enkelt å bruke som mobiltelefon. De praktiske anvendelsene er mange. Mattilsynet kan sjekke hva slags kjøtt og fisk som fins i ferskvaredisken. Du kan sjekke hva du spiser på restaurant. Barcoding kan dessuten brukes til skadedyrkontroll, ved å undersøke arvestoffet i etterlatenskapene, forteller professor Jan Terje Lifjeld på Naturhistorisk museum. Foto: Yngve Vogt.

Biologer over hele verden har de siste 250 årene beskrevet 1,8 millioner levende organismer. Alle artene er beskrevet etter form og utseende. Dessverre har metoden til den berømte svenske biologen Carl von Linné (1707–1778) to alvorlige svakheter.

Svakhet en: Det er ofte ikke mulig å bruke form og utseende til å se forskjell på arter. Selv prikk like arter kan tilhøre hver sin slekt.

Svakhet to: Tross den iherdige systematiseringen er fortsatt 80 til 90 prosent av det biologiske mangfoldet i verden ubeskrevet.

– Med Linnés metode må vi fortsatt holde på i mange hundre år til før vi har rukket å beskrive hele artsmangfoldet. Det holder ikke. Vi måtte derfor tenke nytt, påpeker zoologiprofessor Jan Terje Lifjeld på Nasjonalt senter for biosystematikk på Naturhistorisk museum ved Universitetet i Oslo.

Biologisk strekkode

Nå har han og biologer verden over tatt i bruk en flunkende ny DNA-metode for å gjøre systematiseringen riktigere og raskere.

Metoden kalles barcoding, som betyr strekkoding. I barcoding brukes et spesielt gen som en unik identifikasjon av hver enkelt art. Det spesielle genet viser små forskjeller innenfor samme art, men store forskjeller mellom arter.

Genet kan sammenlignes med den berømmelige strekkoden, som dagligva reforretningene bruker til maskinell avlesing av pris på varer. Alle strekkoder har en unik kombinasjon av tykke og tynne streker.

I barcoding er de tykke og tynne strekene byttet ut med de fire byggesteinene i DNA-molekylet: A (Adenin), C (Cytosin), G (Guanin) og T (Tymin). Ett gen består av 648 par byggesteiner. Den biologiske strekkoden til genet består derfor av en 648 lang kombinasjon av bokstavene A, C, G og T. Begynnelsen på en slik biologisk strekkode, heretter kalt barcode, kan være CCACAAAGACATTGGCACCCT.

Registrering av barcoder må ikke forveksles med kartleggingen av hele genomet. I dag har biologer kartlagt hele genomet til drøye 180 arter, derav mennesket, torsken, høna og en rekke bakterier.

Barcoding er et diametralt motsatt prinsipp.

– I stedet for å kartlegge alle gener hos èn art, går barcoding ut på å kartlegge ett gen hos alle arter, forteller Lifjeld.

Matsikkerhet

Takket være barcoding er det mulig å identifisere organismer bare ved å analysere noen få celler.

– Det gir store samfunnsmessige gevinster. Internasjonale kapitalkrefter er allerede interessert i teknologien. Om noen år kommer et håndholdt apparat som inneholder hele barcodedatabasen. Da blir barcoding like enkelt å bruke som mobiltelefon.

De praktiske anvendelsene er mange.

– Mattilsynet kan sjekke hva slags kjøtt og fisk som fins i ferskvaredisken.

Dette handler om matvaresikkerhet. Du kan sjekke hva du spiser på restaurant. Så kan du i løpet av sekunder eller minutter få svar på om restauranten prøver å lure deg til å spise hestebiff fremfor oksestek.

Myndighetene kan sjekke at butikkene ikke selger fredete arter.

– Det er blant annet solgt fredet hval i japanske butikker.

Fiskeritilsynet kan sjekke den fileterte fangsten ombord i en tråler.

– Da kan de raskt finne ut av om tråleren har fisket lovlige eller fredete arter.

Luftfartstilsynet kan undersøke hvilke fugler som kolliderer med fly. For tre år siden ble nesepartiet skadet da et Norwegian-fly kolliderte med en fugl. DNA-sporene lå igjen. Det holdt. Barcodeanalysene viste at fuglen var en krikkand.

Barcoding kan brukes til skadedyrkontroll. Bestanden kan kartlegges ved å undersøke arvestoffet i etterlatenskapene.

Biologene kan analysere livet i havet ved å sjekke DNA-restene i vann eller sedimenter.

Den norske oljeindustrien har også interesse av den nye teknologiske muligheten. De er forpliktet til å dokumentere økosystemene på havbunnen før og etter oljeboring.

– Barcodingen vil gjøre jobben lettere for dem, påpeker Lifjeld.

Barcoding betyr også mye for systematikerne.

– Mange arter er beskrevet flere ganger. Russiske og vesteuropeiske forskere snakker ofte om ulike arter, som egentlig er like. Med barcoding kan vi rydde opp i systematikken.

Fuglesjekken

Grunnlaget for barcoding er en database med kvalitetssikrete analyser fra så mange arter som mulig.

For å teste om barcode-metoden fungerer som den skal, har det vært nødvendig å starte barcoding av kjente arter.

Poenget var å se om den genetiske kartleggingen stemte med den gode, gamle metoden til Linné, der man utelukkende differensierer arter ved å se på form og utseende. Metoden stemte i 94 % av tilfellene.

– Vi så på kjente dyregrupper, som fugler, forteller Lifjeld. Han er selv ornitolog. Det viser seg at fem prosent av fugleartene ikke lar seg klassifisere med barcoding. Svartbak lot seg ikke skille fra gråmåke og fiskemåke.

– Det er få eller ingen forskjeller i strekkodegenet hos arter som skilte lag for mindre enn 100 000 år siden.

Men selv om det ikke er mulig å skille disse måkene med barcoding, kan opplysningen være nyttig.

– Barcoding tyder på at artsdannelsen hos måkene er av relativt ny dato.

En av de store fordelene med barcoding er å avsløre skjult, biologisk mangfold. Mange arter er kryptiske; det vil si at arter som ser like ut, likevel er forskjellige. Det gjelder særlig arter i tropiske strøk.

– Det er også interessant å bruke barcoding til å se på de geografiske variasjonene innen en art.

Noen ganger må fuglearter splittes opp. Lappfuglen er forskjellig i Europa og Nord-Amerika. Lappfuglen bør derfor splittes opp i to arter. Andre ganger bør underarter slås sammen.

– Underarter har vært en hodepine for taksonomer. Mange konstruerte underarter er uten taksonomisk verdi. Barcoding kan rydde opp i dette kaoset.

Biologene vet nå vitenskapelig at barcoding fungerer til å skille arter og nå kan brukes til å systematisere dårlig kjente dyregrupper, slik som insekter.

Forkorter strekkoden

Biologene kaller barcodegenet for CO1-genet. Genet er fra mitokondrien, som er selve energimotoren i cellen. Det nedarves gjennom morslinjen og endrer seg sjeldent.

Selv om det spesielle genet kan skille alle dyr, er det ikke funnet et gen som er bra nok til å skille alle plantearter. Her må man foreløpig kombinere to gener.

Som tidligere nevnt i artikkelen består barcoden av en 648 lang kombinasjon av de fire ulike DNA-byggesteinene. I økosystemer er det mye nedbrutt DNA. Det er derfor interessant å undersøke om kortere biter av barcodegenet kan være nok til å identifisere en art.

– Vi forsker nå på hvor langt ned i antall basepar vi kan gå. Poenget er å se hvor korte genfragmenter vi kan bruke. Kanskje 100 basepar er nok. Da kan vi bestemme en art ut ifra forråtnet DNA. Poenget er at forråtnelse bryter DNA ned i mindre biter.

Norge langt fremme

Barcoding er et internasjonalt prosjekt som ble startet for vel fem år siden.

– Canada har vært et foregangsland, men nå ser vi at flere land i Europa, Asia og Sør-Amerika jobber aktivt med barcoding. Kina har store ambisjoner. Norge er også langt fremme.

Lifjeld er leder for et nasjonalt nettverk for barcoding, med 16 biologiske forskningsinstitusjoner, kalt Norwegian Barcode of Life.

I løpet av disse fem årene har biologer barcodet 67 000 arter, det vil si i underkant av fire prosent av de beskrevne artene i verden.

Ornitologer har barcodet 3 000 av verdens 10 000 kjente fuglearter.

All barcodeinformasjonen blir lagret i den internasjonale databasen “Barcode of Life Data Systems”. Over 150 organisasjoner fra 45 land har forpliktet seg til å levere data.

150 millioner dollar

I oktober starter det store krafttaket. Da går startskuddet for den internasjonale satsingen “International Barcode of Life”. Målet er å identifisere en halv million arter med barcoding i løpet av fem år. Prislappen er 150 millioner dollar.

26 nasjoner skal være med. Norge og Canada får det internasjonale ansvaret for barcoding i Arktis. New Zealand får ansvaret for Antarktis.

Museet satser

Det koster penger å strekkode arter.

– Det er viktig at Norge er med internasjonalt. Vi mangler penger til å bygge arkivet av norske arter. Vi må også ha et referanseregister av korrekt identifiserte objekter i museumssamlinger for å kunne kvalitetssikre barcodingen, forteller Lifjeld.

Naturhistorisk museum søkte i fjor om 27 millioner fra Forskningsrådets infrastrukturprogram, men fikk avslag.

– Ettersom barcode-registrering ikke er en ny vitenskapelig erkjennelse, er det vanskelig å få penger fra Forskningsrådet. Men vi prøver etter beste evne å integrere barcoding i andre forskningsinstitusjoner.

Artsdatabanken har nylig bevilget 700 000 kroner til en nasjonal koordinatorstilling for barcoding. Koordinatoren skal spesielt arbeide med barcoding av dårlig kjente organismegrupper i Norge.

Fakta om barcoding:

Kan skille mellom alle arter, også dem som det er umulig å skille på utseende.

Kan identifisere arter ved bare å studere fragmenter.

Gir et godt bilde av det biologiske mangfoldet i Norge og resten av verden.

Kan brukes til biologisk overvåking av alle mulige økosystemer.

Er basert på referansemateriale i naturhistoriske samlinger.

Baner vei for fremtidens digitale feltbok.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Zoologiske og botaniske fag, Systematisk zoologi, Økologi, Basale biofag, Genetikk Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:42
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere