Новое исследование, проведенное Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI) и его коллегами, впервые выявило обширную консервативную группу бактерий в дыхании здоровых горбатых китов - влажном дыхании, которое киты выбрасывают из дыхательных отверстий при выдохе.. Исследование опубликовано 10 октября 2017 года в mSystems, журнале Американского общества микробиологии с открытым доступом.
Открытие этого общего респираторного «микробиома» может послужить важной основой для мониторинга здоровья этого и других видов китов. Как и в случае с людьми, ученые говорят, что совокупность микроорганизмов, которые живут внутри и на китах, известные как микробиомы, могут играть решающую роль в их общем здоровье, от поддержания здоровой иммунной системы до борьбы с болезнями.
«Легочная система является частым местом бактериальных инфекций у китов», - говорит исследователь WHOI Эми Апприлл, ведущий автор исследования. В совместную исследовательскую группу также вошли ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), SR3 Sealife Response, Rehabilitation and Research и Ванкуверского аквариума..
«Мы часто видим признаки респираторных заболеваний у выброшенных на берег и умерших животных», - добавляет Апприлл. «До сих пор мало что было известно о нормальном респираторном микробиоме здоровых китов».
Чтобы собрать образец, исследователи традиционно используют небольшую лодку для отслеживания кита. Подойдя достаточно близко, они берут образец, удерживая длинный шест с большой чашкой Петри на конце как можно ближе к дыхалу. Это эффективный подход, но есть возможность изменить поведение кита и уровень стресса с помощью лодки.
Коллективной команде нужен был менее навязчивый способ сбора необходимых данных для оценки здоровья китов в дикой природе, поэтому они обратились к небу и высокотехнологичному оборудованию - изготовленному на заказ дистанционно управляемому шестимерному -роторный гексакоптер.
После сбора своего первого образца в Патагонии в начале 2015 года биолог WHOI Майкл Мур, исследователь NOAA Джон Дурбан и Холли Фернбах из SR3 неоднократно успешно использовали эту технику для изучения ударов горбатых китов у Кейп-Кода в конце того же года.
«Мы использовали дрон, чтобы делать аэрофотоснимки китов, чтобы мы могли оценить состояние тела», - говорит Дурбан, соавтор статьи. «Из-за стабильных летных характеристик нашего гексакоптера мы быстро поняли, что можем надежно пролететь через удар кита, не беспокоя животных."
Как только кит появляется в кадре камеры, установленной на днище гексакоптера, делаются аэрофотоснимки с высоким разрешением для последующего анализа состояния тела и общего состояния здоровья.
С помощью конкретных направлений позиционирования Фернбаха, которые вызываются в быстром темпе, который мог бы соперничать со скоростью ветерана-аукциониста, Дурбан пилотирует гексакоптер в нескольких футах над дыхалом. Часть ударов приходится на стерилизованную чашку Петри, прикрепленную к верхней части дрона.
«Кажется, киты не знают, что самолет там», - говорит Мур, соавтор статьи. «Мы хотим изучать здоровье китов, но не влиять на их поведение. Именно в этом нам помогает дрон».
Пробные выбросы были собраны у двух разных популяций горбатых: 17 у китов в прибрежных водах у Кейп-Код, Массачусетс. и девять от китов в водах вокруг острова Ванкувер, Канада. Затем команда секвенировала генетический материал, обнаруженный в образцах выделений, чтобы определить, какие виды микроорганизмов живут в дыхательных путях кита.
«Мы были удивлены, обнаружив микробиом, который сильно отличался от морской воды», - говорит Апприлл. «Это действительно захватывающе, потому что демонстрирует, что мы получаем четкий сигнал о микробиоме, который исходит от животного».
Apprill и коллега из лаборатории WHOI Кэролайн Миллер определили 25 бактериальных групп, присутствующих во всех образцах китов, - законсервированный или «основной» микробиом.
«Это убедительно свидетельствует о том, что независимо от того, где живет животное, или даже от его возраста или пола, у них есть общий микробиом удара», - говорит Апприлл.
В основной группе из 25 видов микробов исследователи обнаружили 20 последовательностей, сходных с микробами, связанными с другими морскими млекопитающими. Наиболее общие характеристики были обнаружены в наборе данных микробиома, полученном из дыхала афалин, который также является наиболее сопоставимым набором данных, доступным в настоящее время.
Далее исследователи возьмут образцы у китов с плохим состоянием тела, что может свидетельствовать о болезни, чтобы сравнить микробы, обнаруженные в их испражнениях, с микробами здоровых китов. Они также хотели бы расширить усилия по секвенированию, включив в них вирусы и грибы, поскольку это исследование сосредоточено исключительно на бактериях и археях, одноклеточных микроорганизмах, похожих на бактерии.
«Из этого исследования мы получили хорошее представление о том, как выглядит нормальный, здоровый микробиом кита. Теперь нам нужно понять, как выглядит микробиом нездорового кита», - говорит Апприлл. «Это сравнение имеет решающее значение для мониторинга состояния здоровья и выявления заболеваний».
Это также может иметь решающее значение для выживания этих находящихся под угрозой исчезновения китов. Прошлый год был особенно трудным как для горбатых, так и для североатлантических китов. За последние 19 месяцев по меньшей мере 53 горбача погибли вдоль атлантического побережья, что побудило NOAA объявить о «необычном событии смертности».
Необычный случай гибели был зарегистрирован и для северного атлантического кита. По меньшей мере 15 североатлантических китов погибли с середины апреля, а популяция сейчас составляет менее 450 особей.
Более половины правонарушителей погибают при столкновениях с кораблями или запутываясь в рыболовных снастях. Кроме того, изменение климата и потепление океана могут привести к сокращению и перемещению их основного источника пищи - крошечных ракообразных, называемых копеподами, - в результате чего некоторые киты недоедают и теряют способность к размножению.
«Существует очень мало способов собрать полезные данные о живых крупных китах в море», - добавляет Мур. «Этот инструмент может расширить наши представления о здоровье крупных китов».