Рыбалка на гены

Подобно тому, как стальноголовый лосось мигрирует из солёной воды в пресную и обратно, приборы MBARI для обработки экологических проб (ESP), изначально разработанные для океанских исследований, последние пять лет активно используются в пресной воде.

Этой весной команда ESP установила прибор для сбора проб "экологической ДНК" (eDNA) из прибрежного ручья к северу от залива Монтерей. Исследователи будут использовать эти пробы для отслеживания популяций находящегося под угрозой стальноголового лосося, исчезающего кижуча и инвазивных видов в ручье.

Этот проект может помочь революционизировать экологический мониторинг и управление рыболовством по всей стране.

Исследование — совместный проект MBARI и аквариума Монтерей-Бей при финансировании Фондов Артура Вайнинга Дэвиса в рамках их новой программы "Экологическая вовлечённость, управление и решения". Работа ведётся в сотрудничестве с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA).

Экологическая ДНК (eDNA) работает подобно судебной экспертизе. Вместо поиска ДНК в волосах или слюне на месте преступления, исследователи eDNA просто собирают пробы воды. Эти пробы содержат мельчайшие частицы кожи, слизи, отходов или другой органики от животных, обитающих в воде. Воду фильтруют для концентрации этих частиц, выделяют ДНК и секвенируют её. Это позволяет определить, какие животные обитают в воде, а в некоторых случаях — и численность их популяций.

Пробы воды для анализа eDNA можно собирать вручную, но ESP MBARI делает это автоматически, до одного раза в час. Это позволяет изучать, как популяции рыб на участке реки меняются в разное время суток или в течение нескольких месяцев.

Частый и повторяющийся сбор проб важен, потому что ДНК со временем деградирует. Если рыба проплыла через участок реки, её ДНК может быть обнаружима всего несколько дней. Определение времени сохранения ДНК в воде — одна из целей текущего проекта. Другая цель — сравнить результаты анализа eDNA с наблюдениями биологов, которые ведут подсчёт рыб в калифорнийских ручьях.

ESP также собирает данные о температуре и химическом составе воды, которые можно соотнести с результатами анализа eDNA.

Исследователь MBARI Кеван Ямахара работает с eDNA почти пять лет. Несколько лет назад он помог оценить эффективность метода, тестируя воду из экспозиции "Открытое море" в аквариуме Монтерей-Бей, где состав рыб был заранее известен. Это знаковое исследование показало, что анализ eDNA морской воды потенциально можно использовать для управления ресурсами. Это привело к использованию технологии MBARI в пятилетней программе NOAA "Сети наблюдения за морским биоразнообразием" (MBON) с бюджетом $7 млн.

Последнее развёртывание ESP было в Скотт-Крик — небольшом прибрежном ручье, впадающем в океан в северной части округа Санта-Крус. Это место интересно с точки зрения сохранения природы: здесь есть активная популяция стальноголового лосося, а также это самый южный водоём в Калифорнии, где обитает кижуч (хотя и в очень малом количестве). Есть риск заселения ручья двумя инвазивными видами: полосатым окунем и новозеландской грязевой улиткой.

В конце марта 2019 года команда MBARI установила на берегу Скотт-Крик ESP на солнечных батареях. От одного до трёх раз в день вода из ручья закачивается в ESP, где механизмы фильтруют воду и добавляют консервант для предотвращения разрушения ДНК.

Исследователи только начинают выделять ДНК из первого набора фильтров. Анализ займёт ещё несколько месяцев. Эксперимент запланирован на целый год, до марта 2020 года. Годовой набор данных будет уникальным и может помочь в сохранении рыб.

В будущем некоторые типы анализа ДНК могут выполняться ESP автоматически с передачей результатов в MBARI и природоохранные агентства почти в реальном времени.

"Если бы мы могли установить достаточно таких систем на базе ESP, — сказал главный исследователь и CEO MBARI Крис Шолин, — было бы возможно создать 'карту eDNA', подобную погодной карте".

NOAA уже использует ESP для мониторинга условий воды в заливе Мэн, озере Эри и на Тихоокеанском Северо-Западе. Если текущее развёртывание ESP даст полезные данные, это может привести к революции в управлении рыболовством как в Калифорнии, так и по всей территории США.

"За последние несколько лет eDNA действительно набрала обороты, — отметил Ямахара. — Многие занимаются этими исследованиями, но большинство не хочет выходить на отбор проб четыре раза в день, семь дней в неделю. ESP может сделать это менее трудоёмким способом".