Ученые доказали, что можно оценить биоразнообразие, «протестировав воду»
Организмы выделяют ДНК в окружающую среду с метаболическими отходами, слущенными клетками кожи или гаметами. Этот генетический материал называется экологической ДНК (eDNA).
Поскольку eDNA можно собрать прямо из воды, почвы или воздуха и проанализировать молекулярными методами без отлова самих организмов, эту информацию используют для массовой оценки биоразнообразия. Например, присутствие многих видов рыб можно определить одновременно, взяв пробу eDNA из воды, избегая вредных методов отлова, таких как сети, ловушки или электроудочки.
Хотя подход с eDNA уже применялся в ряде исследований биоразнообразия рыб в реках, озерах и морских системах, его эффективность в количественной оценке численности видов (количество особей на вид) еще предстояло определить. Предыдущие исследования в контролируемых системах (аквариумы, экспериментальные баки, искусственные пруды) показали положительную корреляцию между количеством ДНК в воде и численностью видов, но оставалось неясным, как это работает в природной среде.
Исследователи из Университета Халла и Агентства по охране окружающей среды (Великобритания) использовали редкую возможность — программу по искоренению инвазивного вида на рыбной ферме в Великобритании — как идеальный случай для оценки успеха eDNA в определении численности видов в естественной среде. Результаты опубликованы в открытом рецензируемом журнале Metabarcoding and Metagenomics.
«Исследовать количественную силу eDNA в естественных водоемах сложно, потому что нельзя установить реальную численность и биомассу видов, если не выловить всех целевых организмов и не пересчитать/измерить их», — объясняет Кристина Ди Мури, аспирант Университета Халла.
Во время программы пруды осушили, и всю рыбу, кроме инвазивного вида — гольца-чебачка, переместили в новый пруд. Оригинальные пруды обработали ихтиоцидом для уничтожения инвазивной рыбы. После этого рыбу вернули обратно. В процессе все особи были подсчитаны, идентифицированы и взвешены экспертами, что позволило точно оценить численность и биомассу.
«Мы провели отбор проб воды и генетический анализ, чтобы оценить разнообразие и количество генетических последовательностей рыб, и сравнили результаты с ручными данными. Мы обнаружили сильную положительную корреляцию между количеством рыбной eDNA и фактической биомассой и численностью видов рыб. Это демонстрирует существование сильной связи между количеством рыбных последовательностей ДНК в воде и фактической численностью рыб в естественных водных средах», — сообщает Ди Мури.
Ученые успешно идентифицировали все виды рыб в прудах: от самых многочисленных (например, 293 карпа общей массой 852 кг) до наименее многочисленных (например, один голавль массой 0,7 кг). Это указывает на высокую точность неинвазивного подхода.
«Кроме того, мы использовали разные методы сбора и хранения eDNA и обнаружили, что результаты генетического анализа были сопоставимы между разными подходами. Эта согласованность позволяет сохранять гибкость протоколов eDNA, что принципиально важно для сопоставимости результатов между исследованиями и для выбора наиболее подходящей стратегии в зависимости от местоположения или доступных ресурсов», — уточняет Ди Мури.
«Возможность использовать анализ eDNA для точной оценки видового разнообразия и численности в естественных условиях приведет к кардинальным изменениям в будущих программах мониторинга. Этот неинвазивный, гибкий инструмент применим ко всем водным средам и позволяет проводить количественный мониторинг биоразнообразия, не нанося вреда благополучию организмов».