Учёные представили комплексную региональную диагностику микробной жизни океана с помощью ДНК-тестов
Учёные из Океанографического института Скриппса (Калифорнийский университет в Сан-Диего), Института Крейга Вентера (JCVI) и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) использовали методы генетических исследований, аналогичные генеалогическим, для оценки разнообразия морской жизни у побережья Калифорнии.
Результатом стал прорывной метод, который позволит исследователям диагностировать условия у основания океанической пищевой сети, влияющие на численность промысловых рыб или вызывающие вредоносное цветение водорослей. Собранная методом «метабаркодирования» информация также позволяет использовать так называемую environmental DNA (eDNA) для оценки способности океанов защищать планету от последствий изменения климата.
Статья с результатами опубликована 4 мая в журнале Nature Communications.
«Это экологический метод отбора проб будущего, — заявил первый автор исследования, аспирант Института Скриппса и исследователь JCVI Чейз Джеймс. — Это первое применение данного подхода в рамках долгосрочного экологического мониторинга. Он показывает, что можно увидеть, когда всё это скрытое разнообразие наконец раскрывается».
Новый способ оценки океанических микробиомов — сообществ микроскопических растений, животных и других организмов в определённых местообитаниях — значительно улучшает возможности диагностики состояния океанов. В данном исследовании учёные смогли использовать генетическую информацию, чтобы определить ключевой фактор, влияющий на количество и распределение организмов в поверхностных водах Калифорнийского течения. Им оказалось снабжение питательными веществами, которое имеет даже большее значение, чем температура. Этот вывод невозможно было бы сделать традиционными методами.
Джеймс сравнил процесс со сканированием штрихкодов всех товаров в магазине для их инвентаризации. Исследование, названное NOAA CalCOFI Ocean Genomics Project (NCOG), было начато в 2014 году его научным руководителем Эндрю Алленом. Работа стартовала с проб воды, собранных во время легендарных экспедиций CalCOFI — квартальной программы, которую Институт Скриппса соуправляет с 1949 года. Пробы объёмом два литра фильтровались, фильтры замораживались и доставлялись в лабораторию. Затем учёные проанализировали всю ДНК в образцах, подобно тому как коммерческие компании определяют генетические профили людей, идентифицировав все микроорганизмы и оценив их количество.
Метод превосходит традиционные техники, такие как световая микроскопия (которая выявляет только обычные виды-индикаторы) или массовые измерения (например, содержание хлорофилла в воде). По сравнению с ними, метабаркодирование даёт более точную идентификацию видов и позволяет получить больше данных при тех же усилиях.
Программа CalCOFI была создана после Второй мировой войны для понимания причин внезапного коллапса популяции сардин у западного побережья США. Она проводит ежеквартальные экспедиции на сети станций, где учёные повторяют набор физических и биогеохимических измерений, раскрывающих экологические условия. Это обеспечило беспрецедентную в мире историю наблюдений за морской средой.
«Интересно, что 70 лет назад CalCOFI не могла даже представить, что, взяв два литра морской воды, можно получить комплексные данные о морском микробном сообществе, — отметил Джеймс. — Но главная будущая цель этого исследования — достичь изначальных задач CalCOFI: понять процессы, определяющие успех или неудачу регионального рыболовства. Это передовое исследование может помочь ответить на 70-летние вопросы».