Мы можем находить ДНК всех видов в воде — это не научная фантастика
Определение видов, обитающих в экосистеме, особенно редких или скрытных, — ключ к её пониманию и защите. Раньше это требовало огромного труда, но теперь можно просто взять пробу воды и найти в ней следы ДНК, чтобы определить живущие там виды.
Это экологическое ДНК (eDNA). Метод позволяет быстро и широко обнаруживать виды: выявить появление вредителей, подтвердить присутствие исчезающего вида или оценить здоровье экосистемы.
Поскольку технология нова, есть вопросы о её сильных и слабых сторонах. Например, eDNA может показать присутствие крайне редкой пресноводной рыбы-пилы в реке на Северной территории Австралии, но не скажет, сколько там особей.
Сегодня CSIRO опубликовала дорожную карту, созданную с участием экспертов, о том, как лучше всего интегрировать eDNA в крупномасштабный морской мониторинг.
Как работает eDNA-сэмплинг?
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это уникальный для каждого вида код, как штрихкод товара в супермаркете. Организмы постоянно выделяют её фрагменты в окружающую среду через кожу, шерсть, слюну, экскременты, пыльцу. Эти следы и составляют eDNA. В воде и даже воздухе достаточно ДНК, чтобы различать виды.
Сила метода — в широте охвата. Одна проба может выявить всех обитателей, от бактерий до китов, практически в любой среде: от глубокого моря до пещер. Это особенно ценно для обнаружения редких, мелких или скрытных видов в мутной воде.
Пока большая часть исследований сосредоточена на воде, так как из жидкости проще собрать и выделить eDNA. Но теперь мы знаем, что можно анализировать ДНК из почвы, экскрементов, мёда и даже воздуха.
Как учёные работают с eDNA?
Процесс включает три этапа.
Сбор проб: Учёные берут образец воды, почвы или другого субстрата, концентрируют и стабилизируют ДНК. Например, два литра воды фильтруют, а фильтр с осевшей ДНК замораживают.
Молекулярный анализ: В лаборатории ДНК очищают. Для поиска одного вида используют количественную полимеразную цепную реакцию (qPCR), как в тестах на COVID. Для обнаружения целых сообществ видов применяют высокопроизводительное секвенирование ДНК. Первое занимает дни, второе — недели или месяцы. В итоге получают список из тысяч или миллионов ДНК-«штрихкодов».
Интерпретация результатов: Для одного вида всё просто: ДНК целевого вида либо есть, либо нет. Для многих видов «штрихкоды» сверяют с ДНК-референсными библиотеками, чтобы определить виды. Это работает, только если вид уже есть в библиотеке. eDNA не может обнаружить новые виды или известные только по фото и видео.
Почему eDNA важна? Пример морских парков
Австралия обладает одной из крупнейших и самых биоразнообразных сетей морских парков. Но на фоне изменений климата, перелова и пластикового загрязнения океан будущего будет другим.
Оценить воздействие и принимать решения на основе данных на такой огромной, разнообразной и удалённой территории сложно с помощью традиционных методов: дайвинга, видеосъёмки или траления.
eDNA предлагает мощный, неразрушающий, экономичный и быстрый метод мониторинга, который дополняет другие техники. Он позволяет настраивать наблюдения под конкретные цели: обнаружение вредителей, исчезающих или опасных видов.
Это только начало. Можно представить будущее, где eDNA-данные будут собираться в самых удалённых океанах автономными аппаратами, анализироваться на дроне или исследовательском судне и интегрироваться с другими данными мониторинга, чтобы управляющие и общественность видели состояние океана почти в реальном времени.
Научная фантастика? Уже нет.