Представьте себе, изучая животных, не видя их. Это звучит смешно? Для таких людей, как мы, которые впервые заинтересовались биологией, потому что мы любим животных и с удовольствием изучаем их, да, это звучит плохо. Тем не менее, если вы думаете о том, что делают судебные следователи, когда они ищут доказательства ДНК на месте преступления, или что доктора делают, когда они обнаруживают патоген в крови пациента, это именно так: они обнаруживают формы жизни, не видя их.
Связанный контент
- Настоящая наука за мегалодоном
ДНК - это основа жизни. Он присутствует практически в каждом организме на Земле, и мы обычно изучаем его, извлекая его из куска ткани или образца крови. Но ДНК, на самом деле, есть везде: животные теряют ее постоянно, когда чешутся, когда выделяют мочу, яйца, слюну, экскременты и, конечно, когда они умирают. Каждая среда, от вашей постели до самых глубоких зарослей океанов, полна «биологической пыли», в основном клеточного материала, который содержит ДНК организмов, которые оставили его позади. Это мы называем «ДНК окружающей среды» или eDNA.
В последние годы, благодаря все более быстрой, точной и доступной технологии, ученые начали выделять этот след ДНК из многих сред. И этот «микро» подход даже оказался полезным для ученых, исследующих такие огромные пространства, как океаны.
Джудит плывет с молотком на Багамах: акул трудно осмотреть и отследить, так как океан так велик. (Николо Роккаталья, Автор предоставлен) Многие морские животные крупные, редкие, неуловимые и очень подвижные. Акулы являются очевидным примером: в океанах они составляют небольшую часть биомассы, большинство из которых довольно трудно выловить, и они вступали в конфликт с людьми, так как мы начали рисковать в море. За некоторыми исключениями, они избегают нас, и из-за нас многим угрожает исчезновение.
Вот почему мы подумали, что было бы интересно посмотреть, сможем ли мы, взяв несколько бутылок океанской воды (и фрагменты ДНК в ней), быстро составить карту присутствия и распределения акул, не участвуя в диких погонях и не используя время и ресурсы. интенсивные методы ловли акул. Мы были рады узнать, что это действительно возможно, и что разные виды могут быть обнаружены в разных географических регионах, хотя в районах, которые больше пострадали от людей, было бы скудное присутствие акул.
Отбор проб Стефано в Белизе (Джудит Баккер, Автор предоставлен) Но истинная мера эффективности этого подхода eDNA к мониторингу акул может быть выявлена только в сравнении с устоявшимися, проверенными и проверенными методологиями, такими как визуальные переписи с аквалангом или записи с подводной камерой.
Это было в центре нашего самого последнего исследования, проведенного с коллегами из южно-тихоокеанского архипелага Новой Каледонии, Франции, Австралии и США, и теперь опубликованного в журнале Science Advances . Результаты были очень впечатляющими: 22 пробы воды, собранные в течение нескольких недель, обнаружили больше акул, чем сотни наблюдений с подводной камерой с наживкой в течение двух лет, и тысячи погружений с аквалангом в течение десятилетий. Почти половина видов, обнаруженных с помощью ДНК окружающей среды, вообще не может быть обнаружена с использованием традиционных методов. И хотя eDNA может обнаруживать присутствие некоторых акул примерно в 90 процентах образцов, подводные камеры могут справляться с чуть более 50 процентами, а подводное плавание - около 15 процентов.
Новая Каледония: всего в 22 образцах воды eDNA (красные звезды) обнаружено больше акул, чем в многочисленных записях камер (синий цвет) или погружений с аквалангом (зеленый цвет). (Boussarie & Bakker et al. (2018)) Интересно, что eDNA превзошла другие методы как в нетронутых, так и в пораженных районах. Ряд видов акул был обнаружен даже в оживленных, шумных и истощенных районах, где их считали истребленными. Это говорит о том, что некоторое «темное разнообразие» все еще может присутствовать в виде оставшихся людей и групп, нуждающихся в защите. Точно так же eDNA может помочь, обнаруживая появление недавно установленных, чужеродных видов, которые расширяют свой диапазон. Все это хорошие новости для всех, и вот почему.
Учитывая скорость и эффективность отбора проб eDNA, гораздо более короткая часть моря может быть подвергнута скринингу за более короткое время, чтобы собрать обзор моделей разнообразия на больших территориях и в местах обитания, по различным градиентам окружающей среды и в разное время. Потенциально мы могли бы быстро построить карты видового разнообразия и использовать их для создания прогностических моделей и выявления факторов, влияющих на разнообразие, в то время как разрабатываются методы для улучшения количественного аспекта обнаружения eDNA, также у других харизматических видов. Все это окажет большую помощь тем, кто должен разработать планы по защите важнейших мест обитания и экосистем.
Экологическая наука о ДНК все еще быстро развивается. Базы данных, которые мы используем для сопоставления неизвестных последовательностей, извлеченных из моря, должны быть обогащены новыми ссылками ДНК многих существующих видов - каждое исследование eDNA с несколькими видами на сегодняшний день обнаружило большое количество последовательностей, которые не могли быть сопоставлены ни с одной ссылкой. Значительная часть из них относится к организмам, которые еще предстоит описать учеными.
Доступные в настоящее время «ДНК-зонды» должны будут стать длиннее, поскольку короткие последовательности иногда могут не различать близкородственные виды. Например, черная акула разделяла некоторые идентичные последовательности с серой рифовой акулой вдоль участка ДНК, использованного в нашем исследовании. Тем не менее, все первоначальные признаки указывают на то, что этот подход может приблизить нас к пониманию и лучшему управлению самой большой экосистемой на Земле.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Стефано Мариани, кафедра генетики сохранения, Университет Солфорда
Джудит Баккер, научный сотрудник, Экология и науки о жизни, Университет Солфорда
