Новый метод eDNA открывает двери для экологических исследований
Исследователи могут проанализировать ДНК всех живых организмов в окружающей среде по единственному образцу воды или почвы. В ходе своей работы кандидат наук Бейлун Чжао обнаружила способ анализировать не только вид, но и возраст организмов в пробе воды. Метод впервые успешно показал себя на примере большого прудовика и является первым шагом в совершенно новый мир экологических исследований.
Каждое живое существо оставляет следы ДНК повсюду, где бывает. Это означает, что по единственному образцу воздуха, почвы или воды можно определить, какие животные обитают в этой среде. До сих пор анализ этой так называемой экологической ДНК (eDNA) давал информацию только о том, какие виды живут в среде. Чжао открыла новый метод, позволяющий также получать информацию о возрасте видов в водной среде.
«Это выходит далеко за рамки простого присутствия или отсутствия вида, — говорит профессор экологической биологии и научный руководитель Чжао Питер ван Бодегом. — Информация о возрастной структуре популяции крайне важна для многих природоохранных и экологических исследований. Мы хотим знать, как ведет себя вид, как развивается популяция и размножается ли она. Сокращается ли группа или восстанавливается, и являются ли наши усилия по сохранению или восстановлению успешными?»
Начало новой эры в экологических исследованиях
Чжао использовала метод для получения информации о различных возрастных категориях большого прудовика (Lymnaea stagnalis). «Впервые мы смогли выделить возрастные классы из образца воды, — говорит Чжао. — Пока мы протестировали это только на одном виде улиток. Но сам факт, что это возможно, открывает массу новых исследовательских возможностей».
Большой прудовик — очень распространенный вид в водных средах, что делает его хорошим объектом для исследований. «В нашем исследовании возрастные классы были разделены по разным аквариумам. Далее нам предстоит выяснить, как анализировать возрастные классы, когда они все находятся вместе. Пока мы протестировали только четыре возрастных класса, поэтому мы определенно хотим увеличить их число. И, конечно, затем нужно двигаться дальше и применять метод к другим видам».
Чтобы получить информацию о возрасте, Чжао проанализировала тип модификации ДНК, называемый метилированием. С помощью этого метода она изучила метилирование eDNA у особей четырех возрастных классов. Это возможно, потому что животные оставляют различный паттерн метилирования eDNA в зависимости от своего возраста.
«В конечном итоге этот метод также можно будет использовать для отслеживания заболеваний и адаптаций, вызванных изменениями окружающей среды. Например, при изменении температуры метилирование в нашем организме также меняется».
Новый инструмент в «наборе» eDNA
Оба научных руководителя Чжао, ван Бодегом и доцент Крейн Тримбос, много лет работают с eDNA и очень воодушевлены открытием. «Набор методов для работы с eDNA оставался довольно стабильным в последние десять-пятнадцать лет, — говорит Тримбос. — Это открывает совершенно новое направление, которое можно применять в экологических исследованиях и заполнять недостающую информацию. Возраст — такое фундаментальное свойство для понимания структуры популяции. Если однажды к этому добавить еще и данные о здоровье, мы получим очень глубокое представление о состоянии видов».
Современные исследования с использованием eDNA уже дают возможность изучать виды более гуманным по отношению к животным и окружающей среде способом. «Вместо того чтобы проводить специфическую программу биомониторинга, например, пытаться выловить всех рыб в среде, можно взять один образец и узнать всё, — говорит Тримбос. — С дополнительной информацией о возрасте это станет проще и гораздо полнее».
Чжао полна энтузиазма в отношении дальнейших исследований этого метода. «Это первый раз, когда мы можем получить информацию, выходящую за рамки определения вида. Это очень интересно. И эта техника также очень дешевая, поэтому ее можно широко применять. Довольно противоречиво — ловить и причинять вред видам, когда вы хотите получить информацию о них для экологического исследования. С eDNA в целом и этим дополнительным методом исследования можно проводить гораздо проще, не причиняя вреда рыбам».