Мониторинг здоровья рек с помощью роботизированного пробоотборника
Исследователи из MBARI и Геологической службы США (USGS) показали, как роботизированные лаборатории Environmental Sample Processors (ESP) можно использовать для мониторинга здоровья рек. ESP собирали и сохраняли пробы воды из рек Йеллоустон и Снейк. Анализ «экологической ДНК» (eDNA) в воде позволил обнаружить интродуцированные и инвазивные виды животных, а также микробов, способных вызывать заболевания у людей и рыб.
Сравнение методов отбора проб
Цель исследования, описанного в Scientific Reports, — сравнить eDNA из проб, автоматически собранных ESP, и проб, собранных вручную. Пробы отбирали в 2017–2019 годах в нескольких точках, включая слияние рек Бойлинг и Гарднер в национальном парке Йеллоустон и верховья рек Йеллоустон и Снейк.
Ключевые находки по eDNA
Анализ проб выявил ДНК различных организмов:
- Naegleria («амеба, пожирающая мозг»): ДНК обнаружена во всех пробах (ESP и ручных). Заражения людей редки.
- Tetracapsuloides bryosalmonae (возбудитель болезни почек у форели и лосося): eDNA обнаруживалась эпизодически в обоих типах проб.
- Скумбрия (Scomber japonicus) (модель инвазивного вида): ДНК скумбрии, помещенной в реку выше точек отбора, была обнаружена в пробах обоих типов.
- Пресноводные мидии Dreissena (инвазивный вид): ДНК не обнаружена ни в одном типе проб, что обнадеживает.
- Нерка (Oncorhynchus nerka) (редкий интродуцированный вид): ДНК обнаруживалась спорадически. Большое количество проб от ESP особенно помогло в детекции этой неуловимой рыбы.
Преимущества ESP
Пробы, собранные ESP, дали результаты по eDNA, аналогичные ручным пробам. Использование ESP снизило стоимость, время и риски, связанные с многократными выездами специалистов в удаленные локации. ESP могут проводить высокочастотный отбор проб (каждые 3 часа в течение как минимум 3 недель) независимо от местоположения, погоды или наличия персонала.
Частый отбор проб критически важен для обнаружения ранних стадий инвазии, когда eDNA целевого организма рассеяна и плохо смешана с водой. Большое количество проб от ESP дает биологам более надежную информацию о присутствии или отсутствии видов. Как отметили авторы: «отрицательный результат ESP дает некоторую уверенность в отсутствии ДНК целевого вида, в то время как результат "нет данных" при менее частом ручном отборе не дает [полезной] информации».
Технические вызовы и будущее
При работе в реках команда MBARI столкнулась с новыми проблемами: значительное падение уровня реки (прекращение забора воды) и низкие температуры воздуха (требовался обогрев ESP). Эти задачи успешно решал бывший старший техник MBARI Роман Марин III.
Если USGS реализует планы по установке систем мониторинга на более чем 8200 гидрологических постах по стране, добавление приборов для контроля здоровья рек станет логичным расширением сети. Однако ESP пока относительно дороги (~$100 000 за штуку) и наиболее рентабельны на удаленных объектах.
Перспективы: анализ in situ
Полный потенциал технологий вроде ESP раскроется, когда они смогут проводить in situ анализ проб и передавать результаты лицам, принимающим решения. Исследователи MBARI уже работают над этим: тестируют автоматические сенсоры для детекции eDNA и модифицируют ESP для подготовки проб для таких сенсоров.
Создание недорогих автоматических систем мониторинга даст «святой Грааль» биологического контроля — данные, близкие к реальному времени, которые помогут изучать здоровье рек, обнаруживать и устранять проблемы до их обострения.