Лазерные сканеры позволяют ученым использовать свет вместо ДНК для различения популяций растений
Новое исследование в журнале New Phytologist приближает научную фантастику к реальности. Ученые использовали портативное устройство, напоминающее бластер, чтобы записать, как листья растений на разных горах Аляски отражают свет. Оказалось, что разные популяции растений одного вида (например, живущие на соседних горных вершинах) отражают свет по-разному, и эти различия соответствуют их генетической вариативности.
"В то время как опытные биологи обычно могут определить виды в полевых условиях на глаз, для выявления популяций — групп особей одного вида в пределах общего генофонда — требуются дорогостоящие генетические анализы. В этом новом исследовании мы показали, что можно использовать свет вместо ДНК для определения растительных популяций с аналогичной степенью детализации. Этот новый метод намного быстрее и дешевле генетического тестирования, что может значительно повысить нашу эффективность в картировании и мониторинге биоразнообразия", — говорит соавтор исследования Доусон Уайт.
В исследовании использовались спектрорадиометры — приборы, измеряющие количество и длины волн света, отражаемого поверхностью. Прибор помещается в рюкзак, а к нему через оптоволоконный кабель подключен ручной зонд, похожий на маленький бластер.
"Листья эволюционировали, чтобы взаимодействовать со светом, и эти приборы регистрируют различия в свете после того, как фотоны проникли в листья и были поглощены или отражены в зависимости от различной химии и структуры. Эта информация может дать огромное количество данных о химическом составе и структуре листа", — объясняет Уайт.
Ученые отправились с этим спектрометром в альпийские местообитания Аляски для изучения небольшого вечнозеленого кустарника Dryas. Они сканировали листья растений и собирали образцы для последующего анализа ДНК.
Исследователи обнаружили, что от одной горной вершины к другой листья отражали разное количество света на разных длинах волн. Когда же они секвенировали геномы растений, то выяснили, что эти различия в отражательной способности четко соответствуют генетическим различиям между растениями. Это означает, что анализ отраженного света может стать быстрой и надежной альтернативой длительному генетическому тестированию для полевых исследователей.
"Мы были очень удивлены, обнаружив, что разные горные вершины генетически изолированы (то есть они не обмениваются пыльцой или семенами), и, более того, что мы можем обнаружить эти различия как с помощью генетики, так и с помощью этого нового спектрального метода", — говорит Уайт.
"Тот факт, что спектры листьев так хорошо улавливают генетическую изменчивость даже в биологически сложном сценарии, невероятно обнадеживает. По мере совершенствования технологий и моделей мы надеемся обнаруживать разнообразие с помощью спектров, измеренных с БПЛА, с той же точностью, что и с помощью портативного спектрометра", — говорит профессор Дуду Мейрелес.
Способность различать генетические популяции растений может иметь решающее значение для ученых, работающих над сохранением угрожаемых популяций.
"Теперь, когда мы понимаем, что каждая из этих горных вершин генетически уникальна, это имеет значение для охраны природы. Если мы хотим попытаться сохранить генетическое разнообразие во времени, особенно с учетом сокращения мест обитания альпийских экосистем из-за изменения климата, то вывод заключается в том, что мы должны брать пробы с каждой горной вершины", — говорит куратор Филдовского музея Рик Ри.