Ученые из Гавайского университета на факультете биологии Маноа разработали метод измерения количества живых кораллов на рифе путем анализа ДНК в небольших образцах морской воды. Новое исследование Патрика Николса, аспиранта программы магистратуры по морской биологии, и Питера Марко, доцента кафедры биологии, было опубликовано в журнале Environmental DNA.
Подводные визуальные исследования широко используются в экологии коралловых рифов и являются важной частью любой программы мониторинга коралловых рифов. Однако визуальные исследования обычно проводятся с использованием акваланга, что может занимать как много времени, так и логистически сложную задачу.
В качестве эффективного дополнения к визуальным исследованиям для оценки видового разнообразия, прежде всего в водной среде, использовался анализ ДНК окружающей среды (eDNA), ДНК, отслоившейся или вытесненной из организмов в окружающую среду. Этот метод использует тот факт, что все организмы постоянно выделяют ДНК в окружающую среду, оставляя после себя генетический остаток, который можно обнаружить и проанализировать с помощью инструментов молекулярной биологии.
Несмотря на растущее использование eDNA для каталогизации присутствия и отсутствия видов, надежная связь между обилием организмов и количеством ДНК остается неуловимой. В своей статье Николс и Марко демонстрируют, что этот новый метод, испытанный на коралловых рифах на Гавайях, является быстрым и экономичным способом измерения «покрытия» живых кораллов, площади кораллового рифа, занятой живыми кораллами. Поскольку кораллы способствуют присутствию на рифе многих других видов, коралловый покров является одним из нескольких важных мерил, которые ученые используют для характеристики состояния рифа, что является неотложной задачей в отношении рифов, которые во всем мире сокращаются в результате глобального изменения климата.
«Меня до сих пор поражает, что в крошечной пробирке с водой достаточно информации, чтобы отслеживать относительную численность целых сообществ», - сказал Николс. «Увеличение охвата и охвата опросов - это именно то, что делает будущее eDNA таким захватывающим!»
Метабаркодирование
В проекте использовалось «метабаркодирование», метод, при котором вся ДНК в образце воды анализируется за один шаг с секвенированием ДНК. Затем идентифицируют и подсчитывают последовательности ДНК кораллов, чтобы определить численность различных типов кораллов на каждом рифе. Деградированные рифы имеют очень мало коралловой эДНК, тогда как рифы с большим количеством живых кораллов имеют гораздо более сильную сигнатуру коралловой эДНК.
В своей статье авторы объясняют, что этот новый метод можно использовать для отслеживания изменений состояния коралловых рифов и состава сообщества с течением времени, а также для обнаружения редких видов, которые в противном случае могут быть упущены традиционными визуальными методами исследования.
"Если бы вы спросили меня 10 лет назад, возможно ли это, я бы ответил: "Ни за что", - сказал Марко. «Но достижения в области технологий и снижение стоимости высокочувствительных методов секвенирования ДНК открыли двери для всех важных экологических вопросов».
Исследователи в настоящее время применяют то, что они узнали из проекта, к наиболее убедительным приложениям мониторинга эДНК в сообществах, которые гораздо труднее визуально оценить, например, глубокие рифы, которые обеспечивают потенциальное убежище от изменения климата для чувствительных к температуре виды.