En medio de la niebla fría y la roca de lava negra, el botánico Vicki Funk corta un tallo de una planta hawaiana de flores amarillas llamada 'ilima ( Sida fallax ). "Cuando la lava sale al océano, esto es lo que coloniza las nuevas islas", explica.
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Sin embargo, Funk, investigador del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, está muy lejos de Hawai. En cambio, está en una habitación en el invernadero de paredes de vidrio del Jardín Botánico de EE. UU. En Washington, DC Después de batir rápidamente el tallo en una hoja limpia de papel delgado, Funk lo agrega a su archivo de plantas prensadas en forma de acordeón. Cada uno se conserva entre papel y cartón, guardado con listones de madera y atado con tiras de color naranja brillante. Mientras tanto, los internos de la escuela secundaria y la universidad en su laboratorio cortaron una muestra de tejido de la misma planta y la pegaron rápidamente en un tubo de ensayo que se almacena en un caldero burbujeante de nitrógeno líquido. Para 'ilima, la velocidad es esencial. "El ADN comienza a degradarse casi de inmediato", explica Funk.
El miércoles, Funk y su escuadrón se movieron por el jardín tomando muestras de otras plantas también: un árbol de cacao, aloe de copos de nieve y una planta de hormigas, entre otras. Su trabajo es parte de la Iniciativa del Genoma Global (GGI) del Smithsonian, que inició esta semana un gran proyecto de jardín de verano.
Sida fallax o 'ilima vive en un hábitat de roca volcánica en el conservatorio del Jardín Botánico de EE. UU., Lejos de su hogar natal en Hawai. (Hilary-Morgan Watt, Institución Smithsonian) GGI se lanzó hace dos años y su objetivo es preservar la mitad de la biodiversidad del mundo en depósitos en todo el mundo. Para lograr este fin, los investigadores tomaron muestras y catalogaron plantas, animales e insectos en expediciones de campo por todo el mundo. "Piense en ello como la biología de la conservación del siglo XXI", dice Jon Coddington, un entomólogo del museo que supervisa el proyecto.
Para las plantas, eso significa fusionar la vieja escuela con las nuevas técnicas de recolección escolar. Los botánicos han usado durante mucho tiempo prensas de plantas de madera para documentar hojas, flores e incluso raíces en una muestra tradicional de herbario. Ahora, al suspender muestras de tejido en gel de sílice y congelarlas en nitrógeno líquido, pueden comprender mejor los secretos genéticos de la planta. Las muestras prensadas se secarán para matar los insectos perdidos, mientras que las muestras de tejido se almacenarán en cámaras criogénicas gigantes en el Centro de Apoyo al Museo de la Institución en Suitland, Maryland.
Las muestras de herbario prensado solo pueden decirnos mucho sobre las plantas porque su ADN se degrada con el tiempo. Preservar la genética de una planta abre una serie de posibilidades de investigación, pero "el acceso al material de calidad genómica es el paso más limitante en la genómica de la planta", dice Coddington. La mejor manera de preservar el ADN es congelarlo en nitrógeno líquido y almacenarlo en instalaciones como el depósito criogénico de la institución, uno de los más grandes de su tipo.
Las muestras de tejido de las plantas en el proyecto GGI Gardens se almacenarán en enormes tanques criogénicos llenos de nitrógeno líquido. Estos congeladores bajo cero pueden contener hasta 4 millones de muestras. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Los investigadores saben mucho acerca de las plantas útiles para los humanos, pero hay grandes lagunas en el árbol genealógico de la planta. La secuenciación de una gran cantidad de genomas de plantas puede llenar esos vacíos. Afortunadamente, la tecnología para hacerlo se ha vuelto mucho más barata y rápida en la última década. “Tomó diez años secuenciar el genoma humano. Ahora podría hacerlo en aproximadamente una hora ”, dice John Kress, botánico del museo y subsecretario de Ciencia del Smithsonian.
En este momento, los investigadores tienen muestras genómicas de aproximadamente el tres por ciento de los géneros de plantas en todo el mundo. Durante el verano, los equipos de campo, simplemente reuniéndose en jardines y parques en el área de Washington, DC, se esforzarán por tomar muestras de la mitad de las familias de plantas del mundo. Luego, tomarán el proyecto en el camino hacia otros jardines botánicos. En los próximos dos años, los científicos esperan recolectar muestras de la mitad de los géneros de plantas que habitan la Tierra. "Pasar del tres al 50 por ciento, es una gran diferencia", dice Coddington.
Sin embargo, secuenciar tantas plantas llevaría un tiempo. Por ahora, GGI solo quiere obtener las muestras en hielo. Para una fácil identificación, crearán un código de barras de ADN para cada muestra secuenciando dos genes que varían de una planta a otra. Las muestras se conservarán en una base de datos en línea y estarán disponibles para entusiastas de las plantas e investigadores de todo el mundo. Por ahora, esta biblioteca puede ayudar a identificar plantas en todo el mundo, y más adelante, los científicos pueden usarla para secuenciar y estudiar genomas completos de plantas.
Un jardín botánico puede parecer un sitio de campo inusual. Por lo general, uno imagina que los botánicos recorren las selvas y suben los picos de las montañas para recolectar plantas raras y sin descubrir. El estudiante graduado de Funk y botánica Morgan Gostel ha caminado a altas elevaciones en los Andes para recolectar especímenes de plantas, a veces acampando a temperaturas bajo cero y transportando tanques de nitrógeno líquido a las montañas. Esta expedición de campo los mantiene mucho más cerca de casa, con un clima decididamente mejor y muchas opciones de almuerzos de comida moderna. Sin embargo, "el trabajo sucio de hacer la colección no es realmente diferente de lo que haría en el campo", señala Gostel.
Sarah Gabler toma una muestra de tejido de una genciana de rosa de Plymouth ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Los tubos de ensayo se envuelven en papel de aluminio y se dejan caer en un tanque portátil de nitrógeno líquido. (Jardín Botánico de EE. UU.) 
Kristen Van Neste y Vicki Funk presionan un espécimen de genciana rosa plymouth con flores rosas. Las plantas fueron seleccionadas para el muestreo basado en la floración estacional. (Jardín Botánico de EE. UU.) 
Funk y su equipo cazan plantas para probar en USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk corta una muestra de aloe raro copo de nieve ( Aloe rauhii ), que es nativo de Madagascar. (Hilary-Morgan Watt, Institución Smithsonian) 
Una muestra de aloe de copos de nieve espera ser aplanada en la prensa de plantas de Funk. Al crear una presión, los investigadores intentan incluir tantas partes de la planta como puedan desde las flores hasta las raíces. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler y Vicki Funk dejan caer un tubo de ensayo que contiene una muestra de tejido de una planta de hormigas ( Hydnophytum formicarum ) en su tanque de campo de nitrógeno líquido. Pequeñas hormigas habitan los tallos de esta planta. (Jardín Botánico de EE. UU.) 
El curador de plantas Bill McLaughlin del Jardín Botánico de EE. UU. Sostiene una vaina de semillas de un árbol de cacao ( Theobroma cacao ), una de varias plantas muestreadas en la manifestación del miércoles. Algunos genomas de plantas útiles para la agricultura humana, como el cacao, ya se han secuenciado. (James Di Loreto, Institución Smithsonian) 
Los pasantes (de izquierda a derecha) Sarah Gabler, Asia Hill y Kristen Van Neste observan cómo Vicki Funk (a la derecha) aprieta su prensa de plantas para preservar una muestra de una planta de pantano llamada plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ) en el Jardín Botánico de EE. UU. el 8 de julio de 2015. El equipo también tomó notas e imágenes para ir a otro con las muestras prensadas y congeladas que recolectaron. (James Di Loreto, Institución Smithsonian) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill y Morgan Gostel se toman un descanso de tomar muestras de plantas para posar para una foto grupal fuera del invernadero del Jardín Botánico de EE. UU. (James Di Loreto, Institución Smithsonian) Entonces, ¿por qué el lugar poco ortodoxo? Como museos de plantas vivas, los jardines se encuentran en un lugar ideal para llenar estos vacíos con muestras bien documentadas preparadas para la secuenciación genómica. "Los jardines botánicos han estado reuniendo colecciones como esta, en algunos casos, durante cientos de años, incluso desde el Renacimiento", dice el director del jardín, Ari Novy. Los jardines también sirven como organizaciones paraguas para grupos involucrados en el descubrimiento de especies. Algunos también albergan bancos de semillas y se especializan en tipos específicos de plantas.
Los investigadores pueden aprender todo tipo de cosas a partir de muestras de semillas y tejidos, desde identificar especies invasoras hasta responder grandes preguntas sobre la evolución de las plantas. "Es ilimitado", señala Félix Forest, un biólogo evolutivo de plantas en el Kew Royal Botanical Gardens en el Reino Unido. Kew está trabajando en un proyecto similar para preservar muestras genéticas del 25 por ciento de las especies de plantas silvestres para 2020.
GGI y Kew son parte de un movimiento más amplio para preservar la diversidad de plantas en biorepositorios, como la instalación criogénica del Smithsonian y la bóveda de semillas antárticas de Svalbard. Se han asociado con organizaciones similares para formar la Red Global de Biodiversidad del Genoma (GGBN).
¿Cual es la prisa? "Lo ideal sería conservar un espécimen vivo, pero eso se está volviendo menos factible", dice Coddington. El mes pasado, los investigadores sugirieron que la Tierra ya está en medio de su sexto evento de extinción masiva. Con la destrucción del hábitat y una serie de amenazas relacionadas con el cambio climático en el horizonte, los científicos quieren preservar algunas muestras mientras puedan. "Hay una cierta urgencia en esto", agrega Kress.
Preservar estos genomas ahora puede ayudarnos a aprender de ellos en el futuro. Forest está de acuerdo: "Si tenemos esa diversidad genética preservada de algún modo, podemos volver a ella en 20 años". Además de aprender del ADN de las plantas, los investigadores podrían incluso resucitar plantas extintas. La idea de resucitar a una especie de la muerte, naturalmente, viene con controversia, pero no nos adelantemos. Forest advierte: “Esto no es Jurassic Park, todavía. Pero la tecnología avanza tan rápido que quién sabe qué podríamos hacer con un tubo de ADN dentro de 20 años ”.
