Ученые используют ДНК для изучения океанской жизни и раскрытия скрытого разнообразия зоопланктона
Морской зоопланктон — это крошечные животные, размером примерно с насекомых, которых можно увидеть летним днем, дрейфующие с океанскими течениями. Это одни из самых многочисленных и важных животных на Земле.
Мое исследование сосредоточено на морском зоопланктоне, который я считаю «харизматичной микрофауной». Эти микроскопические организмы — ключевые звенья пищевых сетей открытого океана и предпочтительная пища для многих рыб. Многие виды, как считается, распространены по всему мировому океану.
Более 7000 видов зоопланктона описано, но общее количество существующих видов неизвестно. Поскольку они являются важным источником пищи для более крупной рыбы и быстро реагируют на изменения окружающей среды и климата, знание о зоопланктоне — ключ к пониманию здоровья океанских экосистем.
Моя лаборатория получила новые данные о разнообразии зоопланктона, используя недорогое и простое в использовании секвенирование ДНК. Эти подходы предоставляют новые инструменты для идентификации видов. По некоторым оценкам, может существовать до 70 000 неизвестных и упущенных из виду видов зоопланктона, которые еще предстоит открыть.
Ключевые звенья океанских экосистем
Открытый океан — самая большая по объему среда обитания на Земле. Морской зоопланктон, будучи столь многочисленным и разнообразным, помогает создавать сложные пищевые сети. Однако изменения условий, включая глобальное потепление, могут нарушить эти системы, изменяя разнообразие и распределение зоопланктона.
В настоящее время ключевые виды зоопланктона смещаются на север в поисках более холодных вод в нагревающемся океане. Это вызывает серьезные нарушения в океанских экосистемах. Например, промысел трески в Северном море рухнул после того, как предпочитаемый рыбой вид зоопланктона-жертвы был заменен другим близкородственным видом копепод, переместившимся на север в ответ на глобальное потепление.
Подобные события показывают, что зоопланктон может играть критическую роль в океанских экосистемах, даже если ученые мало о нем знают и могут не оценить важность конкретного вида, пока он не исчезнет.
Идентификация видов зоопланктона с помощью генетических маркеров
Для понимания, оценки и управления морскими экосистемами критически важна информация о разнообразии видов. Но получение этой информации традиционными методами утомительно, дорого и медленно.
Одна из эффективных методик — использование ДНК-штрихкодов (коротких последовательностей ДНК) для идентификации и различения видов. Для этого мы секвенируем ДНК из генетической области, которая, как известно, присутствует у всего зоопланктона, но сильно варьируется от вида к виду.
Моя лаборатория определила ДНК-штрихкоды для многих видов зоопланктона. Мы используем часть митохондриального гена цитохромоксидазы I (COI), который является наиболее часто секвенируемой областью гена для анализа видового разнообразия морских животных. Растущая база данных штрихкодов сравнивается с Розеттским камнем для идентификации видов глобального зоопланктона.
Использование метабаркодирования ускоряет нашу работу, поскольку мы можем секвенировать ДНК из проб зоопланктона без идентификации отдельных особей. Это высокопроизводительное секвенирование ДНК дает миллионы последовательностей (метабаркодов), представляющих целевой ген для всей пробы. Полученные последовательности можно идентифицировать, сопоставляя с базой данных последовательностей известных видов зоопланктона.
Глобальные усилия
Ученые ожидают, что ДНК-штрихкодирование и метабаркодирование значительно пересмотрят глобальные оценки разнообразия зоопланктона. Но мы можем реализовать замечательный потенциал этих подходов только через глобальный диалог, сотрудничество и коллаборацию.
Несколько международных совместных проектов проложили путь. К ним относится Перепись морского зоопланктона (2004-2010), которая идентифицировала тысячи видов и описала сотни новых, ранее неизвестных науке. Я являюсь членом Рабочей группы по интегрированной морфологической и молекулярной таксономии, которая продолжает эту работу. Более глубокое понимание биоразнообразия зоопланктона заложит основу для будущих исследований, мониторинга и управления самой большой средой обитания на Земле — открытым океаном.