ДНК-инструмент помогает биологам находить неуловимые или инвазивные виды

Когда лосось, саламандры или другие водные животные испражняются или сбрасывают клетки кожи, они оставляют в воде следы своей ДНК, подобно уликам на месте преступления.

Именно эти доказательства ищет Кит Полсен, заходя в городской ручей к востоку от Сиэтла и наполняя 4-литровую банку водой. Через несколько минут у неё есть образец, который покажет, присутствует ли в этом нерестовом ручье крошечный разрушительный новозеландский улиточный слизень.

Размером в 1/8 дюйма этих улиток невероятно сложно найти. Поэтому учёные обращаются к экологической ДНК (eDNA) — развивающемуся инструменту мониторинга, который обнаруживает присутствие организма, анализируя клеточный материал (мочу, волосы, перья, клетки кожи), оставленный в окружающей среде.

Будь то азиатский карп в водах Чикаго, саламандры в Кентукки или гребенчатые тритоны в Великобритании, биологи используют этот инструмент для поиска скрытных или редких исчезающих видов, мониторинга нежелательных существ или оценки общего биоразнообразия озера или ручья.

«Мы начинаем осознавать его потенциал», — сказала Карен Голдберг, доцент Университета штата Вашингтон и управляющий редактор специального выпуска по экологической ДНК в журнале Biological Conservation.

Полсен, руководитель планирования водосборов города Белвью, проконсультировалась с Голдберг, и этой весной город планирует протестировать образцы из 22 городских ручьёв и 8 пляжей. Белвью вложил столько времени и миллионов в среду обитания и восстановление популяции лосося, что не может позволить инвазивным улиткам закрепиться.

Использование eDNA дешевле и быстрее, чем визуальные обследования, хотя и не предназначено для их замены. При стоимости около $50 за тест (включая оборудование и лабораторные расходы) общая сумма в $12 500 меньше, чем потребовалось бы, если бы сотрудники обходили эти ручьи, переворачивая камни.

Экологическая ДНК используется около десятилетия для обнаружения микроорганизмов в почвах и отложениях. В последнее время её применяли для мониторинга находящегося под угрозой исчезновения чавычи в штате Вашингтон, скрытных амфибий в Айдахо и охраняемых восточных аллеганских скрытожаберников в Огайо и Кентукки.

В одном исследовании учёные обнаружили, что eDNA более эффективна, чем традиционные методы (например, визуальный поиск икры), для обнаружения находящихся под угрозой гребенчатых тритонов в Великобритании. Они пришли к выводу, что её можно эффективно использовать в национальной программе мониторинга с участием граждан.

Однако у eDNA есть ограничения:

• Она не покажет точное количество животных, только их присутствие.
• Не может определить, живо животное или мертво.
• Материал обычно разлагается в окружающей среде за одну-две недели.
• Как и любой тест, возможны ложноположительные результаты, если не соблюдаются определённые протоколы сбора.

Тем не менее, многие сторонники говорят, что она обладает огромным потенциалом для биологии сохранения.

В северо-восточном Вашингтоне Конфедеративные племена резервации Колвилл искали доступные способы мониторинга усилий по реинтродукции весенней чавычи в верховьях реки Колумбия.

«Это способ просеять большую систему и расставить приоритеты в ресурсах», — сказал Мэтью Ларами, эколог Геологической службы США в Бойсе, Айдахо.

Он и другие проверили, может ли eDNA быть хорошим инструментом. Они подтвердили присутствие чавычи в известных местах, а также обнаружили её следы в районах, где её раньше не видели, но куда она теоретически могла доплыть. Отдельные тесты не выявили признаков рыбы в районах, куда она не могла попасть.

Вернувшись в Белвью, Полсен и её коллега отфильтровали собранные образцы воды. Весь генетический материал задерживается на фильтре, который затем отправляется в лабораторию Голдберг.

На основе результатов городские власти решат, насколько агрессивными им нужно быть в требованиях к дезинфекции обуви и другого снаряжения на строительных объектах возле ручьёв этим летом.

«Чем больше у нас инструментов, тем лучше. Они такие маленькие, что я не уверена, что смогу обнаружить их при низкой численности», — сказала Полсен.