Экологическая ДНК в воде позволяет отслеживать миграцию рыб

Впервые учёные зафиксировали весеннюю миграцию рыб, просто проводя анализ ДНК проб воды.

«Экологическая ДНК» (eDNA), выделенная из литровых проб, еженедельно отобранных в реках Ист-Ривер и Гудзон в Нью-Йорке в течение шести месяцев, показала присутствие или отсутствие нескольких ключевых видов рыб, проходящих через эти воды в каждый день отбора.

Удобные еженедельные данные создали динамичную картину, которая в основном подтвердила и соотнеслась со знаниями, добытыми за многие годы исследований миграций с помощью траловых сетей.

Исследование Университета Рокфеллера, опубликованное 12 апреля в PLOS ONE, предлагает новый способ мониторинга миграций рыб, требующий доли усилий и затрат по сравнению с тралением и не причиняющий вреда рыбам.

Оно также демонстрирует ещё одно из растущего списка применений eDNA, которое, по мнению экспертов, вскоре изменит методы оценки рыбных запасов во всём мире.

Временной элемент: важное и инновационное дополнение

Руководитель исследования, старший научный сотрудник Марк Стокл, отмечает, что ключевым нововведением стала серия тестов во времени. Собирая поверхностную воду из одной и той же точки раз в неделю в течение шести месяцев, команда успешно продемонстрировала новый способ регистрации миграции.

Исследование также дало новое понимание устойчивости ДНК в воде: она сохраняется достаточно долго, чтобы её можно было обнаружить, но не слишком долго, что позволяет получать своевременные данные.

Всего команда получила ДНК 42 видов рыб, включая большинство (81%) известных локально распространённых видов и относительно немного (23%) редких.

«Меня поражает, что мы можем получить ту же информацию из маленькой чашки воды и из большой сети, полной рыбы», — говорит доктор Стокл.

Некоторые виды (например, из семейства сельдевых) пока не удаётся различить из-за идентичных последовательностей в тестируемом участке ДНК. Также часть ДНК не была идентифицирована из-за неполноты справочной библиотеки последовательностей.

Сюрпризы в пробах

Анализ выявил ДНК рыб, которых обычно едят ньюйоркцы, но которые не обитают в местных водах (например, европейский морской окунь и нильская тиляпия). Учёные пришли к выводу, что ДНК этих видов попала в реки через систему сточных вод.

«eDNA могла бы помочь выявить исчезающие виды, продаваемые в качестве пищи в местных магазинах и ресторанах», — отмечает соавтор исследования Джесси Аусубель.

Ещё одним сюрпризом стало чрезвычайно частое обнаружение в пробах ДНК атлантического менхэдена — ключевого вида в пищевой цепи.

Также интригующе часто встречалась ДНК устричного жаба-рыбы — сильного кандидата на роль эмблематичной рыбы Нью-Йорка.

Новый рубеж: оценка численности рыб по eDNA

Исследование показало, что количество «прочтений» eDNA — копий крошечных сегментов ДНК конкретного вида в пробе — примерно соответствует данным траловых сетей.

Это открывает новую интригующую возможность: eDNA может стать серьёзным шагом вперёд по сравнению с данными улова, традиционно используемыми для оценки численности рыб.

Следующие шаги включают тонкую калибровку, сравнение большего количества данных eDNA с результатами традиционных исследований сетями и сонаром. Пока неясно, означают ли 100 «прочтений» ДНК присутствие 1 рыбы или 10.

Также предстоит определить скорость, с которой разные рыбы и другие морские виды выделяют ДНК в воду.

Преимущества и практическое применение eDNA

Помимо низкой стоимости и широкой применимости, преимущества eDNA-мониторинга включают:

• Возможность отбора проб без беспокойства рыб (чего не избежать при тралении).
• Возможность работы в сложных условиях, где сети использовать трудно (например, в Ист-Ривер с его сильными течениями).

«С текущими технологиями предельная стоимость (без учёта труда) составляет около $50 за пробу при анализе партиями от 20 штук», — говорит соавтор Закари Чарлоп-Пауэрс.

После забора вода фильтруется для концентрирования ДНК. Целевой сегмент ДНК амплифицируется, отправляется на секвенирование нового поколения, а результаты сопоставляются с публичной справочной библиотекой.

Практические применения eDNA могут включать:

• Определение сроков дноуглубительных работ (например, при отсутствии зимней камбалы).
• Помощь туристическим организациям в определении рыбных озёр.
• Раннее обнаружение проблем с загрязнением (по отсутствию чувствительных видов).
• Проверка на наличие инвазивных видов в балластных водах судов.

«Если вы ихтиолог, есть очень хороший шанс, что вы будете использовать eDNA как часть своей работы в следующие 10 лет», — резюмирует Тони Макдональд, директор Института городского побережья Университета Монмута.