De planteædere, der strejfer rundt på den afrikanske savanne, er enorme, og de spiser meget. Alligevel formår de på en eller anden måde at leve nogenlunde det samme sted, støttet af det samme sparsomt bevoksede miljø. I 2013 ønskede økologer at vide præcis, hvordan dette fungerede. Men fordi elefanter, zebraer, bøfler og impalaer vandrer mange kilometer for at spise og ikke er glade for nysgerrige mennesker, der ser dem spise, var det næsten umuligt at finde ud af deres kostvaner.
Forskerne måtte, som de så ofte gør, undersøge lort. Men de fordøjede planter var umulige at identificere med menneskeøjne alene. Så for at løse dette puslespil brugte de en relativt ny genetisk teknik: Økologerne tog prøverne med til laboratoriet og undersøgte DNA’et i planteresterne for at finde et bestemt gen kaldet Cytochrom c oxidase I. På grund af dets placering i cellens mitokondrier har genet, der forkortes COI, en mutationsrate, der er ca. tre gange så høj som for andre former for DNA. Det betyder, at det tydeligere viser de genetiske forskelle mellem selv meget nært beslægtede organismer, hvilket gør det til en nyttig måde at adskille arter i grupper fra fugle til sommerfugle – ligesom mærket på indersiden af din skjorte eller en stregkode i en købmandsbutik.

For denne geniale metode, der passende nok kaldes DNA-barcoding, kan vi takke en genetiker, som var træt af de “stressende” og tidskrævende metoder i den traditionelle taxonomi. Paul Hebert, der er molekylærbiolog ved University of Guelph i Canada, husker en våd, overskyet nat, som han brugte på at indsamle insekter i et lagen som postdoc i Ny Guinea.

“Da vi sorterede dem morfologisk næste dag, indså vi, at der var tusindvis af arter, der var kommet ind,” siger Hebert. Mange var, så vidt han kunne se, aldrig blevet beskrevet af videnskaben. “Jeg indså på den ene aften, at jeg havde fundet nok eksemplarer til at holde mig beskæftiget resten af mit liv,” siger han.

Hebert fortsætter: “Det var på det tidspunkt, at jeg stort set … indså, at morfologisk taksonomi ikke kunne være den måde at registrere livet på vores planet på.” Han gav sine eksemplarsamlinger væk og gik videre til anden forskning i arktisk evolutionær biologi – med hans ord de “levesteder med den laveste artsdiversitet, jeg kunne finde” – men emnet om at måle Jordens biodiversitet har altid hængt i baghovedet.

Teknologien fortsatte med at gøre fremskridt i midten af 1990’erne, hvilket gjorde det muligt for forskere at isolere og analysere mindre og mindre stykker DNA. Hebert, der arbejdede i Australien som gæsteforsker, besluttede at begynde at “lege” med at sekventere DNA fra forskellige organismer og søge efter en enkelt sekvens, der let kunne isoleres og bruges til hurtigt at skelne arter. “Jeg fandt frem til denne ene mitokondrielle genregion, som var effektiv i mange tilfælde”, siger han. Det var COI.

Hebert besluttede sig for at afprøve sin metode i sin egen baghave ved at indsamle snesevis af insekter og stregkode dem. Han fandt ud af, at han nemt kunne skelne insekterne fra hinanden. “Jeg tænkte: “Hvis det virker på 200 arter i min baghave, hvorfor skulle det så ikke virke på hele planeten?”

Og det har det med nogle undtagelser.

Med denne teknik kunne forskerne i savanneundersøgelsen fra 2013 sammensætte de forskellige diæter hos disse dyr, der levede side om side. “Vi kunne fortælle alt, hvad dyrene spiste, ved at stregkode deres ekskrementer,” siger W. John Kress, botanikinspektør ved Smithsonian’s National Museum of Natural History, som samarbejdede om undersøgelsen. Ved at oplyse vildtforvaltere og forskere om præcis, hvilke græsser de enkelte dyr lever af, kan disse resultater “få direkte indflydelse på udformningen af nye bevaringsområder for disse dyr”, siger Kress.

Det gav også økologerne et større billede af, hvordan hele økosystemet fungerer sammen. “Nu kan man se, hvordan disse arter faktisk eksisterer side om side på savannen,” siger Kress. I dag er selve idéen om, hvad der udgør en art, ved at ændre sig takket være DNA-barcoding og andre genetiske teknikker.

Siden Darwins dage har taksonomer sorteret arter fra på baggrund af det, de kunne observere. Det vil sige, at hvis den ligner en and, går som en and og lyder som en and, så smid den i andebunken. Med indførelsen af DNA-sekventering i 1980’erne ændredes spillet. Ved at læse den genetiske kode, der gør en organisme til det, den er, kunne forskerne nu få ny indsigt i arternes udviklingshistorie. Men det kan være en dyr og tidskrævende opgave at sammenligne de millioner eller milliarder af basepar, som genomet består af,

Med en markør som Cytochrom c oxidase I kan man hurtigere og mere effektivt udpege disse forskelle. Stregkodning kan fortælle dig i løbet af få timer – det er den tid, det tager at sekventere en DNA-stregkode i et veludstyret molekylærbiologisk laboratorium – at to arter, der ser nøjagtig ens ud på overfladen, er væsentligt forskellige på et genetisk niveau. Så sent som sidste år brugte forskere i Chile DNA-stregkodning til at identificere en ny biart, som insektforskere havde overset i de sidste 160 år.

I samarbejde med Hebert har eksperter som John Burns, entomologikonservator ved National Museum of Natural History, været i stand til at skelne mange organismer, som man tidligere troede var den samme art. Fremskridt i teknikken gør det nu muligt for forskere at stregkode museumseksemplarer fra 1800-tallet, siger Burns, hvilket åbner mulighed for at omklassificere længe fastlagte artsdefinitioner. Et år efter at Hebert beskrev DNA-stregkodning, brugte Burns den selv til at identificere et sådant tilfælde – en sommerfugleart, der blev identificeret i 1700-tallet, og som viste sig faktisk at være 10 forskellige arter.

Det har konsekvenser uden for den akademiske verden, at man kan fastlægge uklare artsdefinitioner. Det kan give videnskabsfolk og lovgivere en bedre fornemmelse af en arts antal og helbred, hvilket er afgørende oplysninger for at beskytte dem, siger Craig Hilton-Taylor, der er leder af Den Internationale Union for Bevarelse af Naturens “Røde Liste”. Mens organisationen er afhængig af forskellige grupper af eksperter, der kan arbejde ud fra forskellige perspektiver på, hvordan en art bedst defineres, har DNA-stribe-kodning hjulpet mange af disse grupper med at skelne mere præcist mellem forskellige arter.

“Vi beder dem tænke på alle de nye genetiske beviser, der kommer frem nu,” siger Hilton-Taylor om IUCN’s procedurer i dag.

Selv om den oprindelige stregkodningsteknik var innovativ, havde den dog også begrænsninger. For eksempel fungerede den kun på dyr, ikke på planter, fordi COI-genet ikke muterede hurtigt nok i planter. I 2007 hjalp Kress med at udvide Heberts teknik ved at identificere andre gener, der muterer lige så hurtigt i planter, hvilket gjorde det muligt at gennemføre undersøgelser som savannens undersøgelse.

Kress husker, hvordan han og en tidligere kollega, økologen Carlos García-Robledo fra University of Connecticut, fra 2008 brugte DNA-stregkodning til at sammenligne de forskellige planter, som forskellige insektarter ernærede sig af i Costa Ricas regnskov, med hinanden. De var i stand til at indsamle insekter, knuse dem og hurtigt sekventere DNA’et fra deres indvolde for at bestemme, hvad de spiste.

Herfor skulle García-Robledo og andre videnskabsmænd møjsommeligt følge insekterne rundt og dokumentere deres kost. “Det kan tage år for en forsker at få fuld forståelse for diæterne i et samfund af planteædende insekter i en tropisk regnskov uden hjælp fra DNA-stregkoder,” fortalte García-Robledo til Smithsonian Insider i et interview i 2013.

Der er siden da lykkedes dem at udvide denne forskning ved at se på, hvordan antallet af arter og deres diæter varierer i forskellige højder, og hvordan stigende temperaturer som følge af klimaændringer kan påvirke dette, da arterne er tvunget til at bevæge sig højere og højere op. “Vi har udviklet et helt, komplekst netværk af, hvordan insekter og planter interagerer, hvilket var umuligt at gøre før”, siger Kress.

“Pludselig kunne vi på en meget enklere måde ved hjælp af DNA faktisk spore, kvantificere og gentage disse eksperimenter og forstå disse ting på en meget mere detaljeret måde”, tilføjer han. Kress og andre forskere bruger nu også stregkodning til at analysere jordprøver for at finde frem til de samfund af organismer, der lever i dem, siger han. Barcoding er også lovende med hensyn til at hjælpe med at identificere rester af genetisk materiale, der findes i miljøet.

“For økologer,” siger Kress, “åbner DNA-barcoding virkelig op for en helt anden måde at spore ting i levesteder, hvor vi ikke kunne spore dem før.”

Ved at give forskerne mulighed for at undersøge et specifikt gen i stedet for at skulle sekventere hele genomer og sammenligne dem, havde Hebert håbet, at hans metode ville gøre det muligt at foretage genetiske analyser og identifikation meget hurtigere og billigere end fuld sekventering. “De sidste 14 år har vist, at det fungerer meget mere effektivt, og det er meget enklere at gennemføre, end jeg havde forventet,” siger han nu.

Men han ser stadig plads til fremskridt. “Vi kæmper virkelig med utilstrækkelige data med hensyn til arternes hyppighed og udbredelse,” siger Hebert nu om bevaringsfolk. Den hurtigt forbedrede teknologi til at analysere DNA-prøver hurtigere og med mindre materiale kombineret med DNA-stregkodning er en udvej, siger Hebert, idet moderne scannere allerede er i stand til at læse hundredvis af millioner af basepar på få timer sammenlignet med de tusindvis af basepar, der kunne læses på samme tid med tidligere teknologi.

Hebert forestiller sig en fremtid, hvor DNA indsamles og sekventeres automatisk fra sensorer over hele verden, så naturbevarere og taksonomer kan få adgang til store mængder data om forskellige arters sundhed og udbredelse. Han arbejder nu på at organisere et verdensomspændende bibliotek af DNA-stregkoder, som forskere kan bruge til hurtigt at identificere et ukendt eksemplar – noget i stil med en ægte Pokedex.

“Hvordan ville du forudsige klimaændringer, hvis du aflæste temperaturen på ét sted på planeten eller én dag om året?” Hebert påpeger. “Hvis vi vil gøre alvor af bevarelse af biodiversitet, er vi simpelthen nødt til at ændre vores syn på mængden af overvågning, der vil være nødvendig.”