Анализ ДНК рек и озёр раскрывает новые секреты их биоразнообразия
Пресноводные экосистемы переживают кризис: по данным Всемирного фонда дикой природы (WWF), с 1970 года численность пресноводных позвоночных в мире сократилась на ошеломляющие 83%. Это самый высокий показатель среди всех сред обитания.
Наше исследование показывает, как анализ экологической ДНК (eDNA) — ДНК, оставляемой организмами в течение жизни и после смерти, — может раскрыть секреты ручьёв, рек и озёр. Это даёт надежду на более эффективный мониторинг этих жизненно важных экосистем.
Помимо рыб и птиц, ключевую роль в здоровых экосистемах играют макробеспозвоночные (например, подёнки и комары-звонцы), которых десятилетиями используют для мониторинга. В Европе за последний век качество речной воды значительно улучшилось, что привело к восстановлению биоразнообразия макробеспозвоночных. Однако с 2010 года прогресс остановился, а старые угрозы сменились новыми — от изменения климата до новых загрязнителей.
Для эффективной оценки здоровья экосистем необходим широкий мониторинг видов. Это возможно только при интеграции новых методов, включая анализ eDNA, с традиционными программами наблюдений.
Традиционные методы мониторинга и их ограничения
Основные текущие методы:
- Электролов рыбы: через воду пропускают ток, оглушающий рыб. Трудно поддерживать постоянную силу тока между разными реками, метод может пропускать мелкую рыбу и является деструктивным.
- Отбор проб макробеспозвоночных «ударной сетью»: человек стоит в реке, взмучивает дно и ловит сетью то, что плывёт по течению. Результаты зависят от типа дна, опытности сборщика, некоторые виды избегают сети. Метод также трудоёмкий и разрушительный.
Преимущества и ограничения eDNA
Метод: eDNA фильтруют из пробы воды, выделяют, анализируют для целевой таксономической группы и проводят секвенирование (метабаркодирование), сверяя результаты с базой данных для идентификации организма.
Преимущества:
- Легко стандартизируется и автоматизируется.
- Простой сбор проб, не требующий экспертизы (можно привлекать гражданских учёных).
- Можно идентифицировать гораздо более широкий спектр организмов.
- Не нарушает окружающую среду.
Ограничения:
- Не может отличить, например, молодь лосося от нерестящегося взрослого.
- Нет богатых многолетних наборов данных, как у традиционных методов, что затрудняет использование результатов для текущей политики сохранения.
- Были опасения, что в реках обнаруживается eDNA организмов, перенесённых за многие километры выше по течению, что не позволяет определить источник сигнала.
Новое исследование: eDNA не уходит далеко
Наше недавнее исследование опровергает последнее ограничение. Мы взяли 798 проб воды в 14 точках реки Конви в Северном Уэльсе в 19 моментов времени в течение года, а также пробы из рек Англии, Швейцарии и США.
Результат: ДНК, выделенная разными организмами в реке, не переносится далеко. В большинстве случаев её становится слишком мало для обнаружения уже в одном километре ниже по течению.
Это отличная новость: каждая проба eDNA в реке репрезентативна для относительно небольшого участка. Это позволяет отслеживать изменения в распределении организмов по всей речной системе и выявлять локальные причины снижения биоразнообразия.
Учёные работают над внедрением eDNA в реальную практику сохранения природы через такие инициативы, как UKDNA Working Group. Создание всеобъемлющих наборов данных, фиксирующих изменения биоразнообразия в пространстве и времени, позволит раскрыть секреты, хранящиеся в eDNA, и разработать эффективные меры управления для будущего пресноводных экосистем.