ДНК окружающей среды: эффективный способ изучения акул

Все знают, что у каждого живого существа в море, как и у нас с вами, есть своя ДНК. Но мало кто знает, что каждый обитатель морей постоянно оставляет следы своей ДНК. Они известны как ДНК окружающей среды или экологическая ДНК. Но какую пользу она может принести нам в научных исследованиях? Читайте далее.

Сначала получите ДНК

Техника, которую использует Джудит Баккер, научный сотрудник, исследователь в Международном Университете Флориды, по сути одинакова для всех исследований водных экологических ДНК. Во-первых, она выезжает на каждое место отбора проб в море, зачерпывает несколько литров воды и пропускает ее через фильтр тонкой очистки, чтобы извлечь фрагменты ДНК из всех недавно проплывших мимо видов. Вернувшись в лабораторию, Баккер добавляет праймер, который выделяет из общего объема все фрагменты ДНК акулы. Праймеры — это короткие нити ДНК или РНК, которые действуют как высокоспецифичные полоски-липучки и прилипают только к определенным последовательностям ДНК, в данном случае только к кодам, характерным для акул. Затем она делает несколько копий фрагментов экологического ДНК акулы и загружает их в высокопроизводительную секвенирующую машину. Примерно через 24 часа машина создает огромные файлы данных с массой последовательностей ДНК, которые она затем сравнивает с известными базами данных ДНК, чтобы выяснить, из каких видов произошли фрагменты экологической ДНК.

Ее исследования на сегодняшний день выявили 21 вид акул и показали, что части океанов, защищенные от рыболовства, имеют большее разнообразие акул. На Багамских островах, где коммерческий промысел акул запрещен, Джудит Баккер обнаружила экологическую ДНК 11 видов. В менее защищенных водах Ямайки и Белиза она нашла только пару разных акул.

Основным преимуществом экологической ДНК является то, что оно не агрессивно — вам не нужно вылавливать акул и держать их в течение определенного времени, что будет для них стрессом. Кроме того, этот метод позволяет избежать каких-либо необъективных результатов, вызванных поведенческими причудами различных видов. "Если вы отправитесь на рыбалку, вы можете поймать пять тигровых акул, но, возможно, вы не поймаете бычьих акул, потому что их просто не привлекает ваша леска", — говорит Баккер.

Другое недавнее исследование, проведенное в Новой Каледонии под руководством Жермена Буссари из Университета Монпелье, показало, насколько хорошо экологическая ДНК превосходит другие методы изучения. Пробы воды, взятые в течение двух недель полевых работ, предоставили ДНК, что позволило идентифицировать больше видов акул, чем было обнаружено в результате двухлетних исследований с использованием подводных приманок и тысяч погружений под воду. В 90% случаев в пробах экологической ДНК были обнаружены акулы, если сравнить, то в ходе камеральных исследований были обнаружены акулы в 50% случаев, а в ходе дайвинговых съемок только в 15%.

Но все же некоторые акулы пропали. Работая на Карибах, Джудит Баккер и ее коллеги регулярно видели акул-медсестер (еще известных как акулы-няньки), но не смогли найти никаких следов их экологической ДНК. Проблема сводится к праймерам. "Они просто не любят присоединяться к ДНК акулы-медсестры", — объясняет Баккер. Исправление несоответствия этого праймера — одно из улучшений, которое она надеется увидеть в методах экологической ДНК в ближайшие годы. У фрагментов ДНК в воде есть свойство лютика золотистого: они не исчезают слишком быстро или задерживаются слишком долго, чтобы быть полезными. Если экологическая ДНК тигровой акулы найдено, то одна особь, вероятно, проплыла неподалеку в последние день-два. Еще немного и ДНК разрушается соленой водой, ультрафиолетом и бактериями до тех пор, пока фрагменты не становятся слишком маленькими, чтобы их можно было обнаружить. Джудит надеется, что успехи в технике скоро позволят ей не только выяснить, какие акулы в той местности, но и сколько их. Пока что экологическая ДНК может дать лишь приблизительное представление об изобилии водными разновидностями живых существ. "Мы можем сказать, что, скорее всего, в этой области гораздо больше акул, чем в другой области", — говорит она.

Исследование, проведенное у берегов Гренландии, показало, что экологическая ДНК может сделать революцию в методах мониторинга рыболовства. Исследователи собрали пробы воды и извлекли экологическую ДНК более чем 30 рыбных семейств, среди которых есть большое количество видов, имеющих важное значение для коммерческого рыболовства. Группа установила, что обилие экологической ДНК в целом соответствует количеству рыбы, выловленной в ходе обычных траловых исследований в том же районе. Новый метод мог бы также помочь в изучении видов, которые редко встречаются в траловых сетях. Они нашли много экологической ДНК гренландских акул, призрачных гигантов, которые могут жить 500 лет. Но траловые исследования поймали только одну гренландскую акулу, что позволяет предположить, что многие другие избегают сетей.