Как учёные используют ДНК для слежки за китами и поиска «вымершей» рыбы
В 2014 году Мария Пфлегер согласилась проанализировать пробы воды из бассейна реки Мобил в Алабаме, чтобы помочь другу найти доказательства существования живого алабамского осетра — рыбы, которую не видели с 2009 года. Вместо того чтобы ловить осетра сетями, Пфлегер охотилась за его генами.
«Экологическая ДНК» (eDNA) — это развивающийся метод, позволяющий учёным идентифицировать водных животных по мельчайшим частицам тканей, которые те оставляют в воде.
Поиск генетического призрака
Алабамский осётр — редчайший представитель семейства осетровых. В 2009 году исследователи потеряли контакт с единственной известной живой особью. Задача Пфлегер заключалась в том, чтобы выяснить, не оставили ли невидимые осетры хотя бы одной клетки (чешуи, слизи или экскрементов) в пробах воды с мест их исторического обитания.
Для каждого образца проводился многоступенчатый процесс, в результате которого получалась смесь генов потенциально тысяч видов. Чтобы определить, принадлежат ли какие-либо фрагменты алабамскому осетру, применялся «праймер» — соединение, которое связывается только с ДНК одного конкретного вида.
«Я проанализировала сотни проб, и ничего не появлялось», — сказала Пфлегер. Но однажды был обнаружен бит ДНК, давший положительный результат на давно потерянного осетра. Сверка с базой данных подтвердила совпадение. После этого ещё 17 проб дали положительный результат, что развеяло опасения о вымирании вида.
Поскольку каждая проба привязана к конкретному месту, поисковые группы теперь могут сузить область поиска. Конечная цель — отловить достаточно рыб для разведения в неволе.
Океан в одном литре
Пока самые большие успехи eDNA были достигнуты в реках. Из-за огромных размеров и сложности океанской среды применение этого метода в морских условиях отставало. Но исследователи из Центра решений для океана в Монтерее, Калифорния, начали это менять.
В 2014 году команда проверила, может ли eDNA идентифицировать виды, плавающие в 4,5-миллионном литровом аквариуме «Открытый океан». После секвенирования генетического материала в одном литре воды из аквариума они сравнили список рыб, акул и черепах, предоставленный аквариумом, с тем, что получили они.
«Оказалось, мы смогли успешно идентифицировать всех костистых рыб», — сказал Ларри Кроудер, научный директор Центра. «Первый использованный нами зонд обнаружил почти всё, что было в резервуаре».
Год спустя команда испытала eDNA в менее контролируемой среде — заливе Монтерей. Они сравнили результаты, полученные обученными дайверами (нынешний лучший метод подсчёта морских животных), с результатами анализа проб морской воды. eDNA снова блестяще справилась с задачей.
«Примечательно, что был только один вид рыбы, которого видели дайверы, но не обнаружила ДНК, — сказал Кроудер. — А ДНК обнаружила почти в два раза больше позвоночных организмов, чем зафиксировали дайверы».
Пробы eDNA заметно различались в зависимости от типа местообитания — «весьма удивительный» результат, учитывая, что некоторые участки разделяли всего 60 метров. Поскольку ДНК в море разрушается за один-два дня, каждая проба, вероятно, представляет собой точный, ограниченный во времени снимок местоположения.
Лучше, быстрее, дешевле
Хотя Кроудер признал, что у eDNA «есть много проблем, которые нужно решить», он прогнозирует большие перемены.
За последние 10 лет стоимость секвенирования eDNA резко упала на порядки величин. Дальнейшее снижение стоимости может сделать eDNA революционным методом для испытывающих нехватку средств государственных учреждений и экологических групп.
Поскольку количество цепочек ДНК в пробе пропорционально численности вида, дальнейшие улучшения могут сделать eDNA важным инструментом не только для определения присутствия или отсутствия животного, но и для оценки количества особей. Это большая помощь для менеджеров, которым необходимо отслеживать популяции исчезающих китов или коммерчески ценных рыб.
«Нам нравится думать, что это может быть прорывной технологией, — сказал Кроудер. — Это совершенно не похоже на любой подход, который мы использовали раньше».