ДНК-штрихкоды меняют наше представление о структуре природы

Понимание того, кто кого и как часто ест, лежит в основе понимания того, как устроена и работает природа. Новое исследование предполагает, что методы, используемые для описания пищевых сетей, могут сильно влиять на то, как мы воспринимаем их состав. Как только схожие методы будут применены к пищевым сетям по всему миру, нас могут ждать крупные сюрпризы.

Как ищешь, то и находишь

Чтобы понять, как устроены пищевые взаимодействия, исследователи из Финляндии и Канады сосредоточились на одной из простейших пищевых сетей на Земле: бабочках и мотыльках Северо-Восточной Гренландии и их специализированных врагах — паразитических осах и мухах, развивающихся внутри своих жертв (хозяев) и убивающих их в процессе.

«То, что мы обнаружили в этой системе, поразительно», — объясняет ведущий автор исследования Хелена Вирта. — «Когда мы дополнили традиционную технику выращивания личинок хозяина до появления либо взрослой особи, либо её врага современными молекулярными методами, все показатели структуры пищевой сети изменились. Внезапно мы обнаружили в три раза больше взаимодействий между видами, чем раньше. В среднем большинство типов хищников оказались менее специализированными, чем предполагалось, а большинство типов жертв атаковались гораздо большим числом хищников, чем мы думали. Таким образом, полная сеть оказалась просто более тесно связанной, чем мы изначально полагали».

«Чтобы понять, насколько сильно метод повлиял на наше восприятие нашей целевой сети, мы можем сравнить вариативность между разными техниками с вариативностью между пищевыми сетями, ранее описанными для разных частей мира», — объясняет Томас Рослин, инициатор работы. — «Структура сети варьировалась между нашими разными методами во много раз сильнее, чем между локациями от Великобритании до Японии. Таким образом, всё, что мы думаем, что знаем о структуре пищевых сетей по всему миру, может определяться в той же степени тем, как мы искали, как и тем, как виды действительно взаимодействуют».

Откровения изнутри насекомого

Новую точность в изучении пищевой сети исследователям позволило использование ДНК-штрихкодов.

«Основой этого подхода является идентификация видов на основе вариаций в определённом гене», — говорит Шон Проссер, который провёл месяцы в лаборатории, оттачивая метод. — «Нацелившись на участки генов, которые различаются у хищника и жертвы, мы смогли избирательно обнаружить как незрелых хищников внутри их жертв, так и остатки личиночной пищи (жертвы) в желудках взрослых хищников. Затем, сравнив полученные последовательности с референсной библиотекой ДНК-последовательностей всех видов в регионе, мы смогли точно определить, кто на кого напал».

«Одна из больших прелестей этого подхода в том, что он позволяет нам восстановить жизненный цикл некоторых действительно скрытых игроков», — объясняет Гергей Варкони, международный эксперт по паразитическим осам, участвовавший в проекте. — «Почти в любой системе некоторых хищников будет очень трудно исследовать. Будучи личинками, некоторые из наших целевых хищников атакуют свою добычу, когда та скрыта в земле или растительности, где мы, люди, никогда их не обнаружим. Вместо этого, ища остатки жертв в кишечнике более легко обнаруживаемых взрослых хищников, мы смогли установить важность этих в противном случае скрытых связей для общей структуры пищевой сети».

Пятилетний проект

Текущая работа — это кульминация пятилетнего исследования пищевых сетей насекомых в Захенберге, проведённого Томасом Рослином и Гергеем Варкони.

«Мы хотели работать в высоких широтах Арктики, чтобы всё было просто», — говорит Томас. — «Если вы хотите отслеживать, кто с кем взаимодействует, вы должны понимать, что с ростом разнообразия всё очень быстро выходит из-под контроля. Имея всего несколько видов для отслеживания, вы наконец можете быть уверены, что действительно обнаруживаете, что происходит, а что нет».

«И, честно говоря, мы не должны забывать о красоте ландшафта и азарте работы в одном из крупнейших необитаемых регионов Земли», — добавляет Гергей. — «На нас нападали белые медведи, а овцебыки нас преследовали. Такие встречи, как правило, держат в тонусе».

Начало чего-то нового

«Самое захватывающее — это перспективы, открытые нашими находками», — говорит Хелена. — «То, что мы сделали до сих пор, — это применили эти методы к одной из простейших пищевых сетей на планете — и всё же они полностью изменили наше представление о том, как была устроена эта самая сеть. Теперь вы можете просто представить, что произойдёт, когда мы применим этот подход в других условиях. Мы до сих пор не имеем ни малейшего представления о том, какие прежние закономерности могут сохраниться, когда мы пересмотрим их с помощью этой более чувствительной линзы».

Её соавтор Пол Хеберт, который предложил концепцию ДНК-штрихкодирования десять лет назад и теперь видит её применение для решения всё большего числа вопросов в природе, готов сделать видение на шаг дальше. «Я считаю, что методы, продвинутые здесь, меняют правила игры, когда дело доходит до понимания того, как работает природа», — говорит он. — «Уже через несколько лет развитие этого подхода может позволить нам взять любое насекомое и восстановить ДНК-последовательности большинства других организмов, которых оно когда-либо касалось. Теперь, выводя всю историю взаимодействий организма, мы сможем установить структуру экологических взаимодействий с точностью, ранее немыслимой».