eDNA в воде позволяет определить наличие и численность морских обитателей
Мониторинг морской жизни традиционно требует больших ресурсов: судов, сетей, квалифицированного персонала и времени. Технология экологической ДНК (eDNA) предлагает быстрый и доступный способ определить, что находится под поверхностью воды. Рыбы и другие животные выделяют ДНК в воду в виде клеток, секреций или экскрементов.
Кто и когда в Гудзоне?
В новом исследовании учёные проверили, насколько хорошо водная eDNA может обнаруживать рыб в эстуарии реки Гудзон в районе Нью-Йорка. Это первая регистрация весенней миграции морских рыб с помощью ДНК-тестов проб воды.
- Сбор проб: С января по июль 2016 года еженедельно собирали литровые пробы воды на двух участках в городе.
- Результаты: Зимние пробы содержали мало или совсем не содержали рыбной eDNA. С апреля наблюдался устойчивый рост обнаруженной ДНК рыб — до 10–15 видов на пробу к началу лета.
- Совпадение с традиционными методами: Данные eDNA в основном совпали с существующими знаниями о перемещениях рыб, полученными за десятилетия традиционных траловых съёмок.
Всего была обнаружена eDNA, соответствующая 42 местным видам морских рыб, включая большинство (80%) локально многочисленных или обычных видов. Более распространённые виды наблюдались чаще, чем редкие, что подтверждает eDNA как показатель численности рыб.
Также в нескольких пробах были обнаружены локально редкие или отсутствующие виды, такие как нильская тиляпия, атлантический лосось и европейский сибас («бранзино»). Учёные предполагают, что их ДНК могла попасть в эстуарий через сточные воды.
Анализ «голой» ДНК
Методология использует стандартное оборудование молекулярно-биологической лаборатории:
- Фильтрация: Пробы воды пропускают через фильтр с размером пор 0,45 микрона, который задерживает взвешенные частицы, включая клетки.
- Экстракция и амплификация: ДНК извлекают с фильтра и амплифицируют с помощью ПЦР (полимеразной цепной реакции).
- Мишень: Учёные нацелились на митохондриальную ДНК, которая присутствует в клетках в более высоких концентрациях, чем ядерная ДНК, и её легче обнаружить.
- Секвенирование и идентификация: Образцы секвенировали методом высокопроизводительного секвенирования. Каждую уникальную последовательность сравнивали с данными в публичной базе данных GenBank.
Идентификация видов по eDNA, как и в криминалистике, зависит от полноты и точности базы данных. В пилотном исследовании учёные выявили местные виды, отсутствующие в GenBank, и добавили в базу новые последовательности от 31 образца, представляющих 18 видов, повысив её охват примерно до 80% для местных видов.
Перспективы технологии
Технология eDNA обещает множество практических и научных применений:
- Установление устойчивых квот на вылов рыбы.
- Оценка защиты исчезающих видов.
- Оценка воздействия оффшорных ветряных электростанций.
Метод в принципе может оценивать разнообразие всей животной, растительной и микробной жизни в конкретной среде обитания. В данном исследовании самым часто обнаруживаемым диким животным в водах Нью-Йорка оказалась коричневая крыса.
Будущие исследования могут использовать автономные аппараты для регулярного отбора проб в удалённых и глубоководных районах, что поможет лучше понять и сохранить разнообразие океанической жизни.