Оценка численности рыб по ДНК в воде
Вода рек, озёр и морей содержит ДНК, принадлежащую организмам, таким как животные и растения. Экологи начали активно анализировать такие молекулы ДНК, называемые экологической ДНК (environmental DNA), для оценки распределения макроорганизмов. Однако количественное применение экологической ДНК оставалось сложной задачей.
В исследовании, опубликованном в Molecular Ecology, учёные из Национального института исследований окружающей среды, Университета Тохоку, Университета Симанэ, Университета Киото, Университета Хоккайдо и Университета Кобе представили новый метод оценки численности популяции видов рыб (или водных видов в целом) путём измерения концентрации экологической ДНК в воде. Результаты указывают на потенциал подхода для количественного неинвазивного мониторинга водных экосистем.
Молекулы ДНК высвобождаются присутствующими организмами, переносятся потоком воды и в конечном итоге разрушаются. В естественной среде эти процессы протекают сложным образом.
«Это усложняет и ограничивает традиционный подход количественной оценки популяции на основе экологической ДНК, где критически важным было наличие определённой взаимосвязи между концентрацией экологической ДНК и численностью популяции», — пояснил Кейичи Фукая, ведущий автор статьи.
«Мы предположили, что эти фундаментальные процессы — высвобождение, перенос и деградация экологической ДНК — должны учитываться при оценке численности популяции», — добавил он.
Авторы реализовали эту идею, использовав численную гидродинамическую модель, которая явно учитывает эти процессы для моделирования распределения концентраций экологической ДНК в водной акватории. «Решая эту модель в "обратном направлении", мы можем оценить численность рыбной популяции на основе наблюдаемого распределения концентраций экологической ДНК», — объяснил Фукая.
Кейс-стади в заливе Майдзуру (Япония) подтвердил, что оценка численности популяции японской ставриды (Trachurus japonicus), полученная предложенным методом, была сопоставима с оценкой, полученной количественным методом гидролокации.
«Идея и методология, представленные в этом исследовании, закладывают краеугольный камень для количественного мониторинга экосистем с помощью анализа экологической ДНК. Комбинируя полевые наблюдения, методы молекулярной биологии и математическое/статистическое моделирование, мы расширим возможности анализа экологической ДНК за пределы простого определения наличия или отсутствия целевых видов», — резюмировал профессор Мичио Кондо из Университета Тохоку, руководивший 5.5-летним исследовательским проектом по экологической ДНК, финансируемым Японским агентством науки и технологий (CREST).