Трудно защитить то, что вы не можете найти. Новое исследование в Стэнфорде показывает, что взятие проб почвы на предмет оставленной ДНК животных может предоставить ценную информацию для природоохранных мероприятий - со значительно меньшими затратами и временем - чем используемые в настоящее время методы, такие как фотоловушки..
Процесс, описанный 14 января в Proceedings of the Royal Society B, также оказался эффективным для выявления генетических различий между животными, которые в остальном выглядят одинаково, что является трудной задачей с традиционными подходами к отслеживанию, и, возможно, даже позволил выявить ранее неизвестные виды. разнообразия, считают исследователи. Хотя метод все еще нуждается в доработке, авторы надеются, что однажды он может произвести революцию в изучении видов в дикой природе.
«Нам нужен качественный скачок в том, как мы идентифицируем и отслеживаем животных», - сказал ведущий автор исследования Кевин Лимпоэль, научный сотрудник по биологии в Стэнфорде. "Возможно, это оно."
Обнадеживающее решение
Призрак исчезновения навис над более чем четвертью всех видов животных, согласно наилучшей оценке Международного союза охраны природы, который ведет список находящихся под угрозой исчезновения и вымерших видов. Защитники природы зафиксировали резкое сокращение популяций животных во всех регионах Земли.
Одним из наиболее многообещающих инструментов мониторинга биоразнообразия - ключом к крупномасштабным усилиям по сохранению - является изучение ДНК окружающей среды, или эДНК, в выбрасываемых животных материалах, таких как волосы, фекалии, кожа и слюна. После извлечения ДНК ученые секвенируют и сравнивают ее с онлайн-базами данных последовательностей ДНК, чтобы идентифицировать виды. Это относительно быстрый и не требующий особого ухода процесс по сравнению с традиционными подходами, такими как живой отлов, отслеживание животных и фотоловушка, для изучения видового разнообразия, распространения и численности. Исследователи потратили около 4500 долларов на все материалы для исследования, кроме лабораторного оборудования. Аналогичное исследование с фотоловушками может стоить более чем в два раза дороже.
Несмотря на очевидные преимущества, остались вопросы об эффективности анализа эДНК. Отчасти это связано с тем, что большинство исследований до сих пор проводилось только в океане и пресноводных средах. Среди немногих исследований, проведенных на суше, большинство проводилось в закрытых помещениях, таких как зоопарки, или ограничивалось небольшим числом видов.
Видеть невидимое
Работая в Стэнфордском биологическом заповеднике Джаспер-Ридж площадью 1 193 акра, Лемпул и его коллеги изучали эДНК в почве. Мало того, что они идентифицировали почти всех животных, которых зафиксировали камеры-ловушки поблизости за предыдущие четыре года, они также нашли генетические доказательства ряда мелких млекопитающих, включая летучих мышей и полевок, которых камеры редко видели, если вообще когда-либо видели. Эти существа, вероятно, ускользнули от взгляда камер, потому что они слишком малы, чтобы спровоцировать их. В целом вероятность обнаружения эДНК животного в районе в течение 30 дней с момента его присутствия составляла 80%.
Еще одним преимуществом eDNA является возможность различать виды, которые выглядят похожими. Например, исследователи обнаружили ДНК норвежской крысы в образцах почвы, впервые подтвердив присутствие этого вида в этом районе. Предыдущие исследования с помощью камер не могли отличить Норвегию от черных крыс.
По сравнению с записями с камер и другими наблюдениями, идентификация эДНК, по-видимому, тесно связана с тем, как часто и в последнее время животные были в этом районе. Анализ не выявил ни намека на барсуков - не зарегистрированных на камерах в течение предыдущих четырех лет - домашних кошек или ласок - пойманных на камеру лишь несколько раз за предыдущие два года.
«Подтверждая фотографии животных с их генетическими остатками в окружающей среде, это исследование показывает как скрытое биоразнообразие в наземной экосистеме, так и то, насколько хорошо эти методы eDNA будут работать в других местах», - сказала старший автор исследования Элизабет Хэдли, Пол С.и Билли Ахиллес, профессор биологии окружающей среды Стэнфордской школы гуманитарных и естественных наук.
К новой парадигме
Несмотря на эти положительные результаты, остаются вопросы о потенциале анализа эДНК. Ученые не знают, как часто животное должно проходить мимо данной области, чтобы его можно было обнаружить в образце эДНК, или насколько недавним должен быть этот проход. Если размер животного влияет на количество ДНК, которое оно оставляет после себя, как предполагают исследователи, некоторые животные будут редко браться за образцы, в то время как другие будут представлены чрезмерно. Никто не знает точный объем и количество образцов, которые необходимо собрать для максимальной точности, какой источник окружающей среды - почва или что-то еще - является наиболее универсальным, или все ли виды вообще поддаются обнаружению с помощью анализа эДНК.
Результаты исследования показали, что некоторые виды, такие как горные львы и рыси, чрезмерно представлены, возможно, из-за привычки кошачьих часто метить свою территорию мочой и фекалиями, а также из-за того, что они часто используют тропы, подобные тем, по которым исследователи взял пробы почвы. В общем, невозможно узнать, были ли кусочки кожи, меха или высушенные экскременты перенесены ветром или другими видами, поглотившими животное в качестве добычи.
Возможно, наиболее важно то, что неполные базы данных ДНК и ограничения дизайна исследования затруднили обнаружение всех видов, присутствующих в этом районе, и вызвали как минимум два противоречивых результата среди подходов генетического секвенирования, которые использовали исследователи. Анализ eDNA остается относительно трудоемким, поскольку проверенные протоколы еще не созданы. Тем не менее, исследователи с оптимизмом смотрят на перспективы этого подхода.
«Его общая точность в сочетании со снижением стоимости генетического секвенирования и новых портативных секвенаторов делает eDNA вероятным кандидатом на то, чтобы стать стандартом для исследований биоразнообразия в следующем десятилетии», - сказал Лемпул.