Обнаружение богатого биоразнообразия коралловых рифов с помощью новой передовой системы eDNA
Всего в нескольких метрах под прозрачными голубыми водами Окинавы на протяжении веков тихо существуют рифообразующие кораллы, известные как Scleractinia. Слой за слоем они медленно строили сложные, жесткие структуры из карбоната кальция, формируя яркие коралловые рифы.
Исследователи разработали комплексную систему для идентификации разнообразия этих твердых кораллов, используя только образец поверхностной морской воды. Эта система метабаркодинга по экологической ДНК (eDNA) может успешно обнаружить 83 из 85 известных в Японии родов рифообразующих кораллов, обеспечивая их эффективный и высокоточный мониторинг.
Исследование, опубликованное в Galaxea, — результат успешного сотрудничества Окинавского института науки и технологий (OIST), Инкорпорированного фонда «Окинавский центр наук об окружающей среде», Университета Рюкю, Института Фонда «Окинава Тюрасима», Университета Миядзаки и Университета Кюсю.
От ненадежных обследований к точности экологической ДНК
Многие годы обследования кораллов проводили обученные дайверы и сноркелисты, которые посещали каждый риф, определяли виды кораллов по одному и регулярно возвращались для фиксации изменений — процесс трудоемкий и часто неточный.
«Более того, различать кораллы может быть сложно, так как их внешние признаки или морфология показывают мало вариаций внутри вида», — пояснил профессор Нори Сато из Морского геномного подразделения OIST, соавтор исследования.
«Всестороннее обследование этим методом неосуществимо, так как дайверы ограничены временем и глубиной. Они могут обследовать рифы на протяжении 10–20 метров, но обследование районов в 10 или даже 100 километров им не под силу», — добавил он.
Хотя подводная видеосъемка улучшила оценку в крупных масштабах, эти традиционные методы мониторинга остаются ограниченными по охвату.
Новый метод решает многие из этих ограничений. Кораллы, как и большинство живых организмов, постоянно выделяют свою ДНК в окружающую среду. Их слизь, детрит и другие выделения находятся в морской воде. Собирая и анализируя эту eDNA, исследователи теперь смогут обнаруживать и отслеживать важные рифообразующие кораллы с большей точностью, эффективностью и рентабельностью.
Система, известная как Scleractinian Environmental DNA Metabarcoding (Scl-eDNA-M), позволит исследователям отслеживать разнообразие кораллов, не заходя в воду.
Создание комплексной базы данных по кораллам
В 2021 году исследователи из OIST и Токийского университета разработали новый инструмент на основе eDNA для обнаружения видов кораллов. При попытке идентифицировать разные роды японских Scleractinia они обнаружили, что многие известные роды не могут быть определены из-за пробелов или несоответствий в библиотеках эталонных последовательностей митохондриального генома, необходимых для сравнения.
Хотя в японских водах обитает около 85 родов рифообразующих мадрепоровых кораллов, в международно признанных базах данных содержалась информация только о примерно 60 родах, оставляя необнаруженными около 25 родов. Данное исследование устраняет эти недостатки.
Исследователи секвенировали почти две трети известных в Японии родов Scleractinia, чтобы создать комплексную систему обнаружения кораллов. Их результаты выявили ранее нераспознанное разнообразие по всему архипелагу Рюкю, исключительное богатство рифообразующих кораллов вдоль побережья Окинавы. Многие из этих родов кораллов могли быть упущены в предыдущих обследованиях.
Это открытие предполагает, что побережье Окинавы может быть домом для гораздо большего разнообразия кораллов, чем считалось ранее. Кроме того, система Scl-eDNA-M с высокой вероятностью охватывает большинство родов Scleractinia, встречающихся в Тихом океане.
«Мы собрали образцы с главного острова Окинава и окружающих островов. Используя эту систему, мы идентифицировали по меньшей мере 70 родов кораллов, обнаруженных в этих водах, раскрыв богатое рифовое биоразнообразие Окинавы, которое до сих пор оставалось в значительной степени неизвестным. Кроме того, наши образцы с островов Керама, Мияко и Кумедзима подчеркивают экологическую значимость региона и его жизненно важную роль в будущем сохранении коралловых рифов», — пояснил профессор Сато.
Важный шаг к сохранению
Коралловые рифы — одни из самых биоразнообразных экосистем на Земле, покрывая 0,2% океана, но поддерживая более 30% всех морских видов. Они также играют решающую роль в защите береговых линий от штормов и эрозии, поддержании рыболовства и обеспечении средств к существованию миллионов людей во всем мире.
Эти экосистемы сталкиваются с серьезными угрозами. Повышение температуры океана вызвало широкомасштабное обесцвечивание кораллов в последние годы, приводя к их гибели и исчезновению рифов.
Чтобы защитить коралловые рифы, исследователи должны сначала понять их — определить, какие виды кораллов присутствуют на каждом рифе, и отслеживать изменения с течением времени. Частый, детальный мониторинг необходим для природоохранных усилий, и эта новая система предоставляет мощный инструмент для его осуществления.
«Кораллы теперь можно найти у входа в Токийский залив — еще один признак того, как изменение климата меняет морские экосистемы. Такие сдвиги подчеркивают настоятельную необходимость точного мониторинга, и наша новая система предлагает мощное решение», — сказал профессор Сато. С ее помощью исследователи могут обнаруживать роды кораллов Scleractinia по всей Японии.
«Мы можем отслеживать популяции кораллов в Токийском заливе, следить за их изменениями во времени и предвидеть будущие сдвиги».
«Сейчас мы готовимся испытать эту систему за пределами Японии — в таких местах, как Палау и Тайвань, с планами расширения на Гавайи», — добавил профессор Сато.
По мере применения этой системы в новых регионах ожидается, что она откроет новую эру в сохранении коралловых рифов, особенно в то время, когда мировому океану это нужно больше всего.