Учёные планируют секвенировать ДНК всего живого на острове в Тихом океане
Исследователи из Университета Флориды (UF) собирают морских беспозвоночных на острове Муреа во Французской Полинезии в рамках масштабного проекта по инвентаризации ДНК-последовательностей каждого живого вида на острове.
Собранная генетическая информация — часть целостного подхода для детального изучения экологических процессов на всём острове. Коралловые рифы Муреа, в частности, считаются ключевыми индикаторами реакции природных систем на изменение климата.
«Никто никогда не секвенировал одно место на таком уровне, — сказал Густав Паулай, руководитель группы проекта по морским беспозвоночным и куратор морской малакологии Флоридского музея. — И никто никогда не исследовал биоразнообразие коралловых рифов так тщательно в одном месте».
Трёхлетний проект «Moorea Biocode Project» сейчас находится на втором году реализации. Исследователи из Флоридского музея используют акваланги, маски и сети для сбора образцов в рамках этого уникального проекта.
Учёные музея — одна из семи команд, собирающих образцы всего: от наземных позвоночных до водорослей. Морские беспозвоночные составляют около 50% видов на острове, длина окружности которого около 37 миль, а расстояние до Таити — 11 миль.
Работая на базе исследовательской станции UC Berkeley Richard B. Gump South Pacific Research Station на Муреа, команда UF собирает образцы до трёх раз в день. Улов включает крабов, креветок, планктон, моллюсков и червей.
В лаборатории станции более крупные образцы группируют по внешнему виду. Исследователи отбирают отдельные экземпляры из каждой группы для фотографирования и взятия образцов тканей. Образцы отправляют на место для немедленной подготовки к экстракции ДНК, а саму ДНК отправляют в Смитсоновский институт для секвенирования.
«Мы можем ответить на все вопросы в экологии, эволюции и управлении ресурсами, если у нас есть словарь к ДНК, — сказал Паулай. — Мы создаём этот словарь».
Попытка собрать все виды морских беспозвоночных — сложная задача. Чтобы справиться с ней, команда Паулая делит работу по размеру организмов:
- Макрофауна (длиной более 0,4 дюйма)
- Мезофауна (меньшего размера, но видимая)
- Микрофауна (менее 1 мм в длину)
Паулай надеется эффективно охватить макрофауну, но даже это невозможно, по его словам. Редкие виды живут в странных местах. Другие мигрируют в этот район каждые несколько лет. С мезоорганизмами ещё сложнее. Команда использует ряд методов экстракции, например, вытряхивание их из песка и камня, чтобы получить как можно больше уникальных образцов.
Микрофауна — самая сложная. Коралловые рифы полны ею, как микроскопический планктон в морской воде и мельчайшие черви в песке и камне. Команда исследует методы экстракции ДНК целых сообществ. Этот подход включает одновременный анализ ДНК всех организмов, найденных в образце, например, песка. Кластерные паттерны в последовательностях ДНК помогут указать на отдельные виды. Современные технологии могут секвенировать миллионы генов одновременно, делая эту технику возможной.
Крупных беспозвоночных найти легче, но они всё равно преподносят сюрпризы.
«Ты всегда ожидаешь увидеть то, чего раньше не видел, — сказал Паулай. — Почти каждый день попадается что-то действительно странное».
Паулай оценивает, что более 5% макрофауны, собранной его командой, — это новые роды и виды. Команда недавно нашла новый вид краба на глубине, который выглядит как переходный вид между раком-отшельником и свободно передвигающимся крабом. Он носит раковину моллюска вместо раковины улитки, а его основное тело имеет треугольную форму, как у краба.
«Я знал достаточно о раках-отшельниках, чтобы понять, что это нечто особенное, — сказал Паулай. — Поэтому я отправил по электронной почте его фотографию специалисту и получил ответ на следующий день».
Такое огромное хранилище генетической информации о Муреа также обязательно привлечёт много дополнительных исследований, сказал Паулай. Коралловые рифы острова изучаются в рамках долгосрочного экологического исследовательского проекта, финансируемого Национальным научным фондом (NSF). А информация о ДНК из проекта Муреа загружается в глобальную инициативу по секвенированию, известную как «Barcode of Life», которая надеется собрать ДНК-последовательность для каждого живого существа на планете.