Прогнозирование биоразнообразия рек

Биоразнообразие находится под серьёзной угрозой как в Швейцарии, так и во всём мире, и многие организмы сталкиваются с резким сокращением численности — особенно в пресноводных экосистемах. Все виды, обитающие в реках, включая рыб, бактерий и различных водных беспозвоночных (например, подёнок, веснянок и ручейников), имеют решающее значение для функционирования этих экосистем. Однако многим видам угрожает исчезновение из-за унификации среды обитания, загрязнения пестицидами и питательными веществами, а также распространения чужеродных видов. Для понимания и защиты речных экосистем необходима оценка их биоразнообразия.

Комбинация eDNA и гидрологических моделей

Исследовательская группа Флориана Альтерматта, профессора кафедры эволюционной биологии и наук об окружающей среде Университета Цюриха (UZH) и Швейцарского федерального института водных наук и технологий (Eawag), разработала новый подход для прогнозирования биоразнообразия в речных экосистемах. «Впервые мы объединили использование экологической ДНК (eDNA) с гидрологическими моделями, чтобы делать прогнозы о состоянии биоразнообразия с очень высоким разрешением для водосборных бассейнов площадью в сотни квадратных километров», — говорит Альтерматт.

Прогнозы биоразнообразия с высокой точностью

Все организмы постоянно выделяют свою ДНК в окружающую среду. Собирая пробы воды и анализируя eDNA, биоразнообразие можно определить быстрее, менее инвазивно и более полно, чем путём идентификации самих организмов. Поскольку ДНК в реках может переноситься течением на многие километры вниз по течению, в пробах также содержится информация о присутствии организмов в вышележащей части водосбора. Используя математические модели на основе гидрологических принципов, учёные смогли восстановить картину биоразнообразия для всего бассейна реки Тур в северо-восточной Швейцарии площадью 740 км² с разрешением до участков реки длиной в один километр. «Наша модель соответствует прямым наблюдениям за локальным распространением водных насекомых с беспрецедентной точностью от 57 до 100%», — говорит Лука Карраро, первый автор исследования.

Выявление незаметных «горячих точек» биоразнообразия

Бассейн реки Тур репрезентативен для многих типов землепользования, включая леса, сельское хозяйство и населённые пункты. Таким образом, он служит обобщённым примером для многих речных экосистем. Более того, новый метод можно использовать для крупномасштабной и высокодетальной оценки состояния и изменений биоразнообразия даже при минимальных исходных знаниях об экосистеме. «В частности, этот подход позволяет выявлять «горячие точки» биоразнообразия, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными, что даёт возможность реализовывать целенаправленные стратегии сохранения», — добавляет Альтерматт.

Быстрое внедрение результатов исследований в Швейцарии

Многие страны в настоящее время внедряют биомониторинг водных экосистем с использованием eDNA и могли бы извлечь выгоду из нового метода. По словам Флориана Альтерматта, Швейцария играет ведущую роль в этой области: «Переход от научных открытий к применению происходит очень быстро. Сейчас мы завершаем разработку руководств для Федерального ведомства по охране окружающей среды о том, как использовать eDNA в стандартном мониторинге биоразнообразия». Это позволит легче описывать и отслеживать биоразнообразие для всей сети швейцарских рек и ручьёв общей протяжённостью около 65 000 километров.