Новый метод обнаруживает разные популяции рыб в одном озере по их ДНК из окружающей среды

Новое исследование позволило учёным не только определить, какие виды рыб присутствуют в озере, но и выявить различия между популяциями этих рыб.

Метод анализа воды на наличие экологической ДНК (eDNA) позволяет определить, какие виды недавно обитали в конкретной местности. Однако обычно тестируется митохондриальная ДНК, которая лишь подтверждает присутствие или отсутствие вида, но не даёт подробной информации о популяциях.

Для этого необходимо искать ядерную ДНК. Проблема в том, что каждый ядерный геном гораздо крупнее, но менее многочислен, чем митохондриальная ДНК. Это делает фрагменты ядерной eDNA в окружающей среде более редкими и сложными для выделения.

Группа учёных под руководством доктора Руперта Коллинза из Музея естественной истории (с коллегами из Бристольского и Кембриджского университетов, а также Института исследований рыболовства Танзании) впервые смогла обнаружить ядерную eDNA двух разных популяций рыб, живущих в одном озере. Результаты опубликованы в журнале iScience.

Природная лаборатория

Озеро Масоко в Танзании — почти идеально круглое кратерное озеро глубиной около 35 метров. В нём обитает вид цихлид Astatotilapia calliptera, который за последние 1000 лет разделился на две популяции:

• Рыбы на мелководье: самцы обычно жёлтого цвета, питаются донными беспозвоночными.
• Рыбы на глубине: самцы тёмно-синего цвета, питаются плавающим зоопланктоном.

Эти популяции, хотя, возможно, ещё не стали отдельными видами, идеально подходили для исследования.

Анализ воды

Учёные взяли пробы воды с разных глубин озера, отфильтровали их для выделения ДНК и проанализировали eDNA на наличие специфических генетических вариантов, характерных для жёлтых или синих рыб.

Результат: На расстоянии всего 20 метров по глубине генетический вариант, связанный с жёлтыми рыбами, чаще встречался в мелководных пробах, а вариант синих рыб — в пробах из глубокой воды.

"Мы сравнили eDNA с секвенированными геномами каждой популяции и обнаружили положительную связь на каждой глубине. Паттерн по глубине есть, и это удивительно", — говорит Руперт Коллинз.

Значение и перспективы

Впервые показано, что генетическую изменчивость внутри вида можно обнаружить, отбирая пробы ядерной eDNA на очень коротких расстояниях. Хотя озеро Масоко — контролируемая среда, эта работа является доказательством концепции.

Метод может найти применение, например, для мониторинга популяций трески в условиях коммерческого рыболовства и изменения климата.

"Мы могли бы, например, нацелиться на конкретные гены, участвующие в адаптации к более тёплой воде. Мы могли бы увидеть, что делают целые популяции трески, исследуя образцы воды, фактически не вылавливая ни одной рыбы. Такова теория. Но есть большая разница между тем, чтобы сделать это в маленьком озере, и тем, чтобы сделать это в море", — объясняет Руперт.

Дальнейшее развитие техники позволит исследователям и защитникам природы получать более чёткую картину состояния животных, которых сложно изучать традиционными методами.