Представете си да изучавате животни, без да ги виждате. Това звучи ли нелепо? На хора като нас, които за първи път се заинтересуваха от биологията, защото обичаме животните и им е приятно да ги изучаваме, да, това звучи като лоша сделка. И все пак, ако се замислите какво правят криминалистите, когато търсят ДНК доказателства на местопрестъплението, или какво правят лекарите, когато открият патоген в кръвта на пациента, това е точно това: те откриват форми на живот, без да ги виждат.
Свързано съдържание
- Истинската наука зад мегалодона
ДНК е синият отпечатък на живота. Той присъства практически във всеки организъм на Земята и обикновено го изследваме, като го извличаме от парче тъкан или кръвна проба. Но ДНК, наистина, е навсякъде: животните го изхвърлят постоянно, когато се надраскат, когато отделят урина, яйца, слюнка, екскременти и, разбира се, когато умират. Всяка среда, от вашето легло до най-дълбоките вдлъбнатини на океана, е пълна с „биологичен прах“, предимно клетъчен материал, който съдържа ДНК на организмите, които са го оставили след себе си. Това ние наричаме „екологична ДНК“ или eDNA.
Подпомагани от все по-бърза, точна и достъпна технология, през последните години учените започват да секвенират тази следа от ДНК от много среди. И този „микро” подход дори се оказа полезен за учени, които изследват обширни пространства като океаните.
Джудит плува с чук в Бахамските острови: акулите са трудни за изследване и проследяване, тъй като океанът е толкова обширен. (Nicolo Roccatagliata, предоставен автор) Много морски животни са големи, редки, неуловими и силно подвижни. Акулите са очевиден пример: в океаните те представляват малка част от биомасата, повечето от тях са доста трудни за хващане и те са в конфликт с хората, откакто започнахме да се занимаваме с морето. С малки изключения те ни избягват и заради нас мнозина са застрашени от изчезване.
Ето защо решихме, че би било интересно да видим, ако само чрез вземане на проби от няколко бутилки океанска вода (и фрагменти от ДНК в нея) можем бързо да картографираме присъствието и разпространението на акулите, без да участваме в диви гони или да използваме време и ресурси. интензивни методи за риболов на акули. С радост установихме, че наистина това е възможно и че различни видове могат да бъдат открити в различни географски региони, въпреки че районите, които са били по-засегнати от хората, биха показали оскъдно присъствие на акули.
Проба на Стефано в Белиз (Джудит Бейкър, предоставен автор) Но истинската мярка за ефективността на този подход на eDNA за мониторинг на акули ще бъде разкрита само при противопоставяне на установени, изпитани методологии, като визуални преброявания при подводни гмуркания или примамени записи на подводни камери.
Това беше фокусът на нашето най-ново проучване, проведено с колеги, базирани в архипелага на Южна Тихоокеанска област в Нова Каледония, Франция, Австралия и САЩ, и сега публикувано в списанието Science Advances . Резултатите бяха много вълнуващи: 22 водни проби, събрани за няколко седмици, откриха повече акули, отколкото стотици примамени наблюдения на подводни камери за две години, и хиляди гмуркания за период от десетилетия. Почти половината от видовете, открити чрез ДНК на околната среда, изобщо не могат да бъдат намерени чрез традиционните методи. И докато eDNA може да открие наличието на някои акули в около 90 процента от пробите, подводните камери могат да управляват само малко над 50 процента, а гмуркането около 15 процента.
Нова Каледония: само 22 проби от вода на eDNA (червени звезди) откриха повече акули, отколкото многобройните записи на камери (сини) или гмуркания (зелено). (Boussarie & Bakker et al (2018)) Интересно е, че eDNA превъзхожда другите методи както в девствени, така и в засегнати области. Редица видове акули бяха открити дори в натоварени, шумни и изтощени райони, където се смяташе, че са изкоренени. Това предполага, че все още може да има някакво „тъмно разнообразие“ под формата на остатъци от хора и групи, изискващи защита. По подобен начин eDNA може да помогне, като разкрие появата на новосъздадени чужди видове, които разширяват обхвата си. Всичко това е добра новина за всички и това е причината.
Като се има предвид скоростта и ефективността на вземането на проби от eDNA, много по-голяма част от морето може да бъде екранизирана за по-кратко време, за да се събере преглед на моделите на разнообразие в големи площи и местообитания, по различни градиенти на околната среда и в различно време. Потенциално бихме могли бързо да изградим карти на видовото разнообразие и да ги използваме за създаване на прогнозни модели и идентифициране на факторите, които влияят на разнообразието, докато методите се разработват за подобряване на количествения аспект на откриването на eDNA, също и при други харизматични видове. Всичко това ще бъде от голяма полза за онези, които трябва да разработят планове за защита на решаващите местообитания и екосистеми.
Науката за ДНК за околната среда все още бързо се развива. Базите данни, които използваме, за да съпоставим непознатите последователности, извлечени от морето, трябва да бъдат обогатени с нови ДНК референции на много съществуващи видове - всяко многовидово проучване на eDNA досега открива големи количества последователности, които не могат да бъдат съпоставени с никаква референция. Значителна част от тях принадлежат на организмите, които тепърва ще бъдат описани от учените.
Понастоящем наличните „ДНК сонди“ ще трябва да станат по-дълги, тъй като понякога кратките последователности не могат да разграничат близко свързаните видове. Например акулата blacktip споделя някои идентични последователности със сивата рифова акула по протежение на ДНК участък, използван в нашето изследване. Въпреки това, всички първоначални индикации предполагат, че този подход може да ни направи крачка по-близо до разбирането и по-доброто управление на най-голямата екосистема на Земята.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Стефано Мариани, катедра по консервационна генетика, Университета в Салфорд
Джудит Бейкър, научен сътрудник, Науки за околната среда и живота, Университета в Салфорд
