Океан в чашке: Экологическая ДНК успешно фиксирует морское биоразнообразие

Использование экологической ДНК (eDNA) — применения секвенирования генов в экологической биологии — для измерения морского биоразнообразия должно позволить быстро оценивать изменения в морской жизни. Это делает eDNA критически важным инструментом для управления нашим ответом на изменение климата. Однако eDNA хорошо работает, только если соблюдены ключевые шаги по внедрению, как показало новое исследование района Лос-Анджелеса и Лонг-Бич, опубликованное в журнале PeerJ.

eDNA использует генетическое секвенирование образцов из окружающей среды (в данном случае — морской воды) для инвентаризации биоразнообразия. «Есть гены, которые достаточно различаются между видами, чтобы их можно было использовать в качестве маркеров идентификации. Каждый организм выделяет ДНК, сбрасывая клетки кожи или другие материалы, поэтому мы можем взять чашку морской воды, секвенировать содержащуюся в ней ДНК и использовать это для перечня организмов в данном районе», — пояснил ведущий автор исследования Зак Голд.

Соседние Порт Лос-Анджелеса и Порт Лонг-Бич образуют один из крупнейших портовых комплексов в мире и представляют огромный экологический интерес. Это сделало его интересным местом для проверки способности eDNA быть эффективным инструментом оценки биоразнообразия.

В этом исследовании отбор проб eDNA и традиционный отбор проб траловыми сетями с судов проводились параллельно на семи участках портового комплекса. На каждом участке исследователи собирали несколько образцов eDNA (каждый объемом около одного литра морской воды) непосредственно перед тем, как траловая сеть проходила через ту же область. Это позволило сравнить eDNA с традиционными методами оценки биоразнообразия:

• eDNA обнаружила почти все 17 видов рыб, найденных в траловых уловах.
• Кроме того, eDNA обнаружила дополнительные 55 видов аборигенных рыб.

Обнаружение этих дополнительных видов с помощью обычного отбора проб потребовало бы гораздо большего количества экспедиций и очень высоких затрат.

Получение этой дополнительной информации зависело от наличия полной генетической референс-библиотеки для всех рыб в этом районе — генетическая последовательность в образце eDNA может быть определена до вида, только если для этого вида есть референсная последовательность в базе данных. Все рыбы в образцах eDNA в этом исследовании были идентифицированы только после того, как исследователи добавили последние несколько референсов рыб в библиотеку последовательностей.

Образцы eDNA из разных мест в портах показали статистически значимо разные перечни видов. Это ответило на важный вопрос: Может ли eDNA измерять изменчивость на такой небольшой территории, как портовый комплекс, или морская вода перемешивается настолько тщательно, что локальные различия полностью стираются? Это исследование продемонстрировало, что eDNA в этой морской среде может выявлять различия между местами, удаленными всего на несколько сотен метров друг от друга.

На основе этого пилотного проекта авторы собрали набор рекомендаций для менеджеров, рассматривающих eDNA как инструмент для оценки биоразнообразия. Рекомендации охватывают тщательный выбор идентифицирующих генов и конкретные советы по очистке данных последовательностей из образцов eDNA перед поиском совпадений. Из-за успешной идентификации видов, достигнутой благодаря созданию полной референс-библиотеки последовательностей, ключевой рекомендацией является создание региональных референс-баз данных.

«Эти образцы окружающей среды похожи на капсулы времени, которые мы сможем использовать в будущем», — отметил Адам Уолл, менеджер коллекции ракообразных в NHM. Это соображение побудило дать еще одну рекомендацию: Архивировать образцы eDNA и данные последовательностей для долгосрочного использования. По мере совершенствования технологий секвенирования из образцов можно будет извлечь дополнительную информацию. По мере улучшения методов анализа генетических данных и расширения генетических референс-библиотек данные последовательностей можно будет анализировать повторно, чтобы получить результаты, выходящие за рамки перечня рыб, опубликованного в этом исследовании.