Среднеокеанская «сумеречная зона» содержит ключ к нескольким мучительным вопросам о морской пищевой сети и способности океана поглощать углерод. Но изучать эту обширную и отдаленную местность крайне сложно. Многие обитатели сумеречной зоны легко погибают при отборе проб или быстро избегают любого беспокойства, поэтому их трудно отловить традиционными сетями. Достижения в области акустики позволили более точно оценить биомассу, но вопросы о разнообразии и распределении видов в этой биомассе остаются без ответа.
Этот пробел в знаниях начинает сокращаться благодаря генетическому материалу - чешуе, фекальным гранулам или кусочкам тканей, сбрасываемых существами, когда они движутся по воде. Полученный след ДНК окружающей среды, или эДНК, дает исследователям подсказки о том, какие виды обитают в этой воде, и об их относительной численности. В статье, опубликованной в четверг, 28 октября, в журнале Scientific Reports, исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул обнаружили, что изменения концентрации эДНК в океане точно отражают движение существ, когда они путешествуют между сумеречной зоной и поверхностью.
«Главный вывод нашей статьи заключается в том, что сигнал эДНК не исчезает сразу же, если животное перемещается вверх или вниз в толще воды», - сказала Элизабет Андрушкевич Аллан, постдокторант WHOI во время исследования и в настоящее время постдок Вашингтонского университета. «Это помогает нам ответить на некоторые важные вопросы, на которые мы не можем ответить с помощью буксирных сетей или акустических данных. Какие виды мигрируют? Какой процент из них мигрирует каждый день? А кто ранний или поздний мигрант?"
Аллан и соавтор Weifeng «Гордон» Чжан, физический океанограф WHOI, использовали компьютерную модель, чтобы смоделировать, что происходит с эДНК в толще воды после того, как ее сбрасывает животное-хозяин. Они обнаружили, что физические процессы - течения, ветер и перемешивание - и оседание частиц не оказывали существенного влияния на вертикальное распределение эДНК. Фактически, большинство сигналов эДНК оставались в пределах 20 метров (66 футов) от того места, где они были впервые потеряны, а это означает, что изменения в концентрации эДНК можно надежно использовать для определения того, где живут определенные виды в разное время дня, количество времени, которое они проводят. на этих глубинах, а также процент определенных видов, мигрирующих из сумеречной зоны на поверхность.
До этой работы мы не могли с уверенностью сказать, что случилось с эДНК, сбрасываемой видами сумеречной зоны. Но в модели проявилась очень четкая закономерность, обеспечивающая базовое понимание концентрации эДНК между поверхностными и глубокими слоями с течением времени», - сказал Чжан. драгоценные образцы воды, чтобы они могли идентифицировать мигрирующие виды и оценить процент животных в каждой группе видов, которые мигрируют каждый день».
В качестве одного из первых исследований по моделированию концентрации эДНК исследователи отмечают, что для проверки модели необходимо больше полевых данных. Однако эти многообещающие результаты показывают, насколько полезной может быть эДНК для изучения миграции животных и секвестрации углерода в труднодоступных частях океана, таких как сумеречная зона..
«Результаты моделирования обеспечивают основу, на которой мы сможем более эффективно изучать экологию сумеречной зоны океана», - сказала Аннет Говиндараджан, молекулярный эколог WHOI и соавтор статьи.«Это закладывает некоторые эксперименты для будущих направлений, над некоторыми из которых мы уже начали работать».
Ключевые выводы:
-Экологическая ДНК, или эДНК, представляет собой генетический материал, который морские существа сбрасывают в воду. Отбор проб и анализ эДНК дает исследователям подсказки о том, какие виды присутствуют, и об их относительной численности, не беспокоя их.
-Используя модель, которая включает в себя биологические и физические силы в океане, исследователи WHOI обнаружили, что эДНК не перемещается по вертикали более чем на 20 метров (66 футов) от своего источника.
-Это открытие дает ученым уверенность в том, что, измеряя изменения в концентрации эДНК, они могут определить, где живут определенные виды в разное время дня, количество времени, которое они проводят на этих глубинах, и процент определенных видов, которые мигрировать из сумеречной зоны на поверхность.
-ЭДНК, используемая в тандеме с наблюдательными сетевыми буксирами и акустикой, является важным инструментом для понимания экологии обширного и удаленного срединно-океанического региона, известного как океанская сумеречная зона.