Новая технология для исследования хрупких организмов в глубоком море

Междисциплинарная команда из шести институтов под руководством профессора Университета Род-Айленда (URI) Бреннана Филлипса продемонстрировала технологии, позволяющие за минуты после встречи с хрупкими глубоководными животными получить сохранившиеся образцы тканей и высококачественные 3D-изображения. Результаты пятилетней работы опубликованы 17 января в журнале Science Advances.

Проблема традиционного подхода

Описывание нового вида — долгий и сложный процесс, особенно для нежных, «тонких, как паутинка» глубоководных существ. От поимки до консенсуса в научном сообществе может пройти до 21 года. Существующий метод сбора и физического хранения образцов в музеях («голотипов») для таких организмов не подходит.

Новое решение: «цибертип»

Новый подход позволяет в течение минут после встречи с животным:

• Зафиксировать детальные измерения и движение.
• Получить полный геном.
• Сгенерировать полный список экспрессируемых генов, указывающих на физиологическое состояние в естественной среде. Результатом становится не физический образец, а богатый набор цифровых данных — «цибертип» (cybertype).

Технологии и результаты экспедиций

Исследования проводились в 2019 и 2021 годах с борта судна Falkor у побережья Гавайев и Сан-Диего. Команда ежедневно собирала до 14 образцов тканей и терабайты цифровых изображений. Были использованы:

1. RAD-2: Роботизированное складывающееся устройство, вдохновлённое оригами (Гарвард, URI), для сбора и мгновенной фиксации тканей на глубине.
2. Системы визуализации MBARI: Лазерный сканер DeepPIV и 3D-камера EyeRIS для измерения и реконструкции 3D-морфологии in situ.

Ключевые научные результаты:

• Первая полная собранная и аннотированная транскриптома (активные гены) оболочника Pegea.
• Данные о молекулярных основах сенсорного восприятия среды у полихеты Tomopteris (морской червь, проводящий всю жизнь в толще воды). Анализ показал, что червь использует сенсорные усики для поиска «сладких» вкусов (сахара добычи) и аммиака (продукта жизнедеятельности жертв).
• Полные транскриптомы двух сифонофор (Erenna sp. и Marrus claudanielis), а также оболочника Pegea и полихеты Tomopteris.
• Полная 3D-морфологическая характеристика каждого животного в среде обитания.

Геномный анализ, проведённый на образцах, взятых с глубины почти 4000 футов, также показал, что у трёх из четырёх животных размер генома почти в 10 раз превышает человеческий.

Значение и будущее

Технология решает проблему стрессового ответа организма: последовательность РНК может начать меняться уже через 10 минут после поимки. Новый метод сохраняет информацию до того, как клетки отреагируют на стресс.

Этот подход соответствует принципам «сострадательного сбора» (compassionate collection), минимизирующего вред, и может лечь в основу стратегии «поймал-отпустил» для инвентаризации глубоководной жизни.

Как отмечают авторы, в условиях, когда темпы вымирания в 100 раз превышают фоновые, а глубоководная добыча полезных ископаемых и изменение климата угрожают экосистемам, такие технологии критически важны для создания базовой линии биоразнообразия, которую мы рискуем потерять, даже не изучив.