ДНК в воде показывает, что урбанизированные берега поддерживают больше животной жизни

Каждое живое существо оставляет после себя генетический след. Животные, растения и микробы, теряя клетки и производя отходы, повсюду рассеивают следы своей ДНК — в воздухе, почве и воде.

Исследователи теперь могут захватывать клетки животных, секвенировать их ДНК и определять, какие виды присутствовали в определённый момент времени. Это можно сравнить с генетическими отпечатками пальцев, оставляющими след прошлой активности.

Новое исследование Вашингтонского университета и Северо-западного научного центра рыболовства применило эту технику для широкой оценки влияния деятельности человека на окружающую среду. Их статья, опубликованная на этой неделе в журнале PeerJ, использовала ДНК в водах залива Пьюджет-Саунд, чтобы охарактеризовать количество животной жизни вдоль сильно урбанизированных береговых линий, таких как ручей Пайперс-Крик в Сиэтле, и в более удалённых районах с меньшим числом людей, таких как остров Вашон.

Считается, что это первое исследование, использующее генетические маркеры для понимания влияния урбанизации на окружающую среду — в частности, процветает или страдает разнообразие животных.

"Теперь возможно использовать генетические следы в пробах воды, чтобы изучать влияние деятельности человека на экосистемы", — сказал ведущий автор Райан Келли, доцент Школы морских и экологических исследований Вашингтонского университета.

Используя environmental DNA (eDNA), исследователи обнаружили, что урбанизированные береговые линии залива Пьюджет-Саунд поддерживают более плотное скопление животных, чем удалённые районы. В частности, моллюски и другие обитатели ила скапливаются более плотно вдоль городских пляжей — неожиданное открытие, по словам Келли.

"Кажется, моллюскам и другим обитателям ила нравится жить рядом с городами, что действительно интересно", — отметил Келли.

Хотя городские пляжи в заливе Пьюджет-Саунд имели более обильную фауну, эти районы также были более однородными по видам проживающих там видов. Это предполагает компромисс между разными видами разнообразия в более и менее урбанизированных районах.

Генетические инструменты позволяют исследователям создать репрезентативную картину животной жизни в определённых районах без необходимости физического подсчёта организмов. В обычных методах оценки воздействия на окружающую среду учёные выбирают определённое количество видов и подсчитывают, сколько они видят до и после застройки. Или они могут обследовать небольшой участок береговой линии и попытаться задокументировать всё, что найдут.

"Мы можем выйти, взять пробу воды, и появляется ДНК тысяч видов", — объяснил Келли. "Таким образом, нам не нужно решать, будем ли мы считать улиток или косаток при оценке воздействия на окружающую среду. Вместо этого мы можем просто посмотреть, что там есть".

Исследователи собрали литры воды с урбанизированных и удалённых пляжей вокруг залива Пьюджет-Саунд, а затем отфильтровали клетки крупнее бактерий. Затем они извлекли ДНК из этих клеток, используя молекулярный инструмент для обнаружения генов животных.

После секвенирования ДНК они смогли идентифицировать конкретных животных, присутствовавших в месте сбора воды. Они обнаружили более 1600 уникальных генетических сигнатур — многие представляли разные виды — по всему заливу Пьюджет-Саунд, включая морских свиней, лосося, морских звёзд, усоногих раков, орланов и даже людей.

Келли и его коллеги потратили годы на тестирование и совершенствование процесса получения eDNA из воды. Они сначала работали в аквариуме Монтерей-Бей, контролируемой среде, где могли убедиться, что их отбор проб ДНК действительно обнаруживает существ, живущих в воде. В последующей работе они обнаружили, что ДНК животного, как правило, остаётся в пределах нескольких сотен футов от места её первоначального отложения; она сохраняется в воде от одного до двух дней.

Методы, описанные в этом исследовании, могут быть использованы для оценки воздействия людей и застройки на другие городские водные пути, такие как Чесапикский залив или река Гудзон. Учёные на Среднем Западе начали использовать eDNA в качестве инструмента наблюдения для мониторинга озёр на предмет инвазивных азиатских карпов.

По мере того как генетические следы становятся более надёжными, они могут заменить дорогостоящие, трудоёмкие отчёты о воздействии на окружающую среду или экологический мониторинг, заявили исследователи.

"Я взволнован, потому что думаю, что если вы можете упростить для людей проведение подобных широкомасштабных исследований, они будут это делать. Это гораздо более мощный метод", — сказал Келли.