在《星際迷航》中，角色攜帶一個稱為三錄儀的小型手持設(shè)備，可以指向物體進行分析和識別。當(dāng)該節(jié)目的作者在 1960 年代構(gòu)思這個想法時，這純粹是科幻小說，但新植物學(xué)家的一篇新論文使這個想法更接近現(xiàn)實。研究人員使用一種看起來有點像射線槍的手持設(shè)備來記錄阿拉斯加不同山脈上的植物葉子如何反射光線。而且，事實證明，同一物種的不同植物種群——例如，生活在鄰近山頂?shù)闹参?mdash;—反射光的方式不同，它們的遺傳變異相互呼應(yīng)。
“雖然訓(xùn)練有素的生物學(xué)家通?？梢宰哌M現(xiàn)場并用他們的眼睛識別物種，但需要昂貴的遺傳分析來揭示種群——基因庫中同一物種的個體群體——這對保護和進化研究非常重要，”。芝加哥菲爾德博物館的博士后研究員、該研究的共同主要作者道森懷特說。“在這項新研究中，我們已經(jīng)證明您可以使用光代替 DNA 來定義植物種群，而且細(xì)節(jié)水平相似。這種新方法比基因檢測更快、更便宜，這可以大大提高我們繪制和監(jiān)測生物多樣性的效率。”
“DNA 就像一本關(guān)于如何構(gòu)建有機體的說明手冊，事實證明，該手冊包含構(gòu)建和組合構(gòu)成該有機體的最小單個部分的說明，”倫敦大學(xué)研究生研究員 Lance Stasinski 說。緬因州和該論文的另一位共同主要作者。“我們能夠使用從這些部件反射的光來確定使用哪個說明手冊來構(gòu)建生物體——即使說明手冊僅相差幾個字。”
所有生物都含有DNA，兩個生物的DNA越相似，它們之間的關(guān)系就越密切。物種之間和物種內(nèi)部都是如此——你的 DNA 更類似于黑猩猩而不是狗，因為我們與黑猩猩的關(guān)系更密切，而且你的 DNA 更接近于你的表親，而不是與另一邊的隨機陌生人的 DNA 更接近。世界。植物也是如此：即使在一個物種內(nèi)，從一個種群到另一個種群的 DNA 也存在差異。
遺傳研究表明，有時這些變異以非常精細(xì)的尺度出現(xiàn)——例如，一個山頂上一個物種的植物可以形成與幾英里外山頂上植物略有不同的 DNA 的群體。當(dāng)種群像這樣分裂時，這意味著它們不會彼此共享花粉或種子，并且在基因上是孤立的。
科學(xué)家們研究 DNA 中的這些差異以區(qū)分一個植物種群，但這是一項艱巨的任務(wù)——他們必須收集植物樣本，儲存它們，獲得許可將它們轉(zhuǎn)移到實驗室，然后通過許多步驟進行實際測序植物的遺傳密碼并進行比較。這是一個需要數(shù)周甚至數(shù)月的過程。然而，在這項新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種方法來確定兩種植物種群之間的親緣關(guān)系，這種方法最終幾乎可以立即在野外完成。這就是射線槍的用武之地。
光譜輻射計是測量從表面反射多少光以及光包含哪些波長的儀器。儀器本身可以裝在背包里，還有一個手持探頭連接到一根看起來像一個小射線槍的光纖電纜上。農(nóng)業(yè)科學(xué)家使用這些儀器分析從葉子反射回來的光以檢測疾病。但這項新研究表明，從葉子反射的光線因植物種群而異。
“葉子已經(jīng)進化為與光相互作用，這些機器在光子進入葉子并根據(jù)不同的化學(xué)和結(jié)構(gòu)被吸收或反彈后記錄光的差異，”懷特解釋道。“該儀器讀取從葉子反射回來的可見光和紅外光，這些信息可以為您提供有關(guān)葉子化學(xué)和結(jié)構(gòu)的大量信息。”
懷特和他來自 Schoodic 研究所和緬因大學(xué)的同事將光譜儀帶到阿拉斯加的高山棲息地，研究一種名為Dryas的小型常綠灌木。然后他們掃描了植物的葉子并收集了植物樣本，以便他們稍后分析 DNA。
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