Обнаружение биоразнообразия кораллов в пробах морской воды
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали метод оценки биоразнообразия кораллов путем выделения экологической ДНК (eDNA) из литра поверхностной морской воды, собранной над рифом. Эффективность метода подтверждена прямыми наблюдениями научных дайверов в тех же районах океана.
Исследование, проведенное совместно с Центром экологических наук префектуры Окинава и Токийским университетом, опубликовано в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Оно открывает путь для крупномасштабных комплексных обследований рифообразующих кораллов, устраняя зависимость от прямых наблюдений с помощью дайвинга или сноркелинга.
"Прекрасные коралловые рифы в субтропических и тропических морях занимают всего 0,2% всей площади океана. Однако это самые биоразнообразные районы океанов, в которых обитает около 30% всей морской жизни. Рифообразующие кораллы играют ключевую роль в создании рифов, но недавнее глобальное потепление и другие факторы вызвали их обесцвечивание, и многим рифам грозит исчезновение", — отметил соавтор работы, профессор Нори Сато.
Для сохранения и защиты рифов важно знать, какие кораллы на них обитают и как меняется их состав со временем. Ранее эффективным способом обследования был только прямой визуальный осмотр дайверами. Этот метод был трудоемким, дорогим и требовал много времени. Теперь ученые используют ДНК, которую живые организмы выделяют в окружающую среду через кожу, продукты жизнедеятельности и слизь. Анализ eDNA из морской воды позволяет получить четкую картину обитателей данной части океана, не погружаясь в воду.
Рифообразующие, или твердые, кораллы — жизненно важная часть рифов. По оценкам, в мире насчитывается около 1300 видов рифообразующих кораллов, относящихся к 236 родам. Эти кораллы выделяют в окружающую воду слизь, содержащую фрагменты ДНК. В 2021 году исследователям из OIST и Токийского университета удалось разработать инструменты для амплификации и идентификации ДНК 45 родов рифообразующих кораллов.
В новой работе ученые проверили эффективность и точность этих инструментов, проведя масштабное обследование вод вокруг Окинавы с использованием как метода eDNA, так и научных дайверов. Процедура включала:
- Прямую визуальную идентификацию доминирующих родов кораллов двумя дайверами.
- Сбор двух-трех литровых бутылок поверхностной воды на каждом участке.
- Быструю фильтрацию воды для фиксации eDNA на фильтрах с последующим анализом в лаборатории OIST.
За четыре месяца (с начала сентября до конца декабря 2021 года) было обследовано 62 участка вокруг главного острова Окинава, на каждом из которых зафиксировали от двух до четырех доминирующих родов кораллов.
"Мы обнаружили, что анализ eDNA совпал с результатами прямых научных наблюдений с точностью более 91%. Фактически, результаты по 41 из 62 участков были идентичны. Метод eDNA указал на присутствие пяти доминирующих родов кораллов на всех обследованных участках. Более того, результаты предполагают присутствие кораллов, ранее не зарегистрированных у побережья Окинавы", — сообщил первый автор статьи, научный сотрудник OIST д-р Коки Нисицужи.
Метод eDNA требует сложной информации о последовательностях, поэтому в настоящее время можно обнаружить только 45 из предполагаемых 236 родов. С увеличением объема данных эффективность метода возрастет. Кроме того, хотя необходимы дальнейшие исследования, метод eDNA потенциально может указывать на присутствие кораллов, которых трудно обнаружить при прямом наблюдении.