Почти все дико разнообразные, красочные рыбы, населяющие коралловые рифы, начинают жизнь как крошечные, бесцветные, похожие на головастиков личинки. Отличить одно от другого почти невозможно - даже для экспертов - и это представляет собой сложную задачу для тех, кто изучает экологию рифов. профессор Ротем Сорек из Научного института Вейцмана; профессор Рой Хольцман из Школы зоологии и Музея естественной истории им. Штейнхардта Тель-Авивского университета; и доктор Моше Кифлави из Университета Бен-Гуриона разработали способ точного определения того, какие именно виды личинок присутствуют в воде вокруг рифов. Их исследование, которое включало генетическое «штрих-кодирование» почти всех видов рыб в заливе между Эйлатом и Акабой, не только показало, какие личинки были в заливе, но и сколько из них плавало, в какое время года и в какое время года. глубины. Это исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Ecology and Evolution.
«Понимание типов и распределения личинок важно по ряду причин», - говорит Хольцман. Он и Кифлави являются постоянными исследователями Межуниверситетского института морских наук (IUI) в Эйлате. Во-первых, рассеиваются только личинки, омываемые течениями и потоками, в то время как взрослые рифовые рыбы, как правило, держатся поближе к своему родному рифу. Для морских экологов, которые следят за личинками, они являются неотъемлемой частью экосистемы, а также ее будущего. А поскольку количество личинок может кое-что рассказать о предполагаемых популяциях взрослых рыб, их мониторинг также может быть полезен для управления рыболовством.
Исследователи использовали исследовательское судно IUI, оснащенное сложным оборудованием, позволяющим брать пробы личинок с заданной глубины. Личинок собирали два раза в месяц в течение всего года на разных участках и глубинах у двух берегов узкого залива, а также в его глубокой середине. «У нас было отобрано более 10 000 образцов личинок, - говорит Кифлави, - но современные методы включают осмотр личинок под микроскопом и подсчет их шипов, что может указать на таксономическое семейство, но не на вид, а также занимает много времени. К счастью, мы обсудили это с Сореком, который тогда был в IUI."
Лаборатория Сорека в отделе молекулярной генетики Института Вейцмана обычно имеет дело с разными геномами - геномами бактерий. «Я думал, что методы геномных исследований, которые мы используем в моей лаборатории, могут определить личность личинок путем секвенирования «штрих-кода» их геномов», - говорит он. Студентка-исследователь Наама Киммерлинг из лаборатории Кифлави, штатный научный сотрудник Тамара Гуревич из лаборатории Хольцмана, студент-исследователь Омер Цукерт и штатный научный сотрудник докторГил Амитай и Сара Меламед из лаборатории Сорека вместе со своими исследовательскими группами и коллегами адаптировали эти методы для идентификации личинок рыб.
«Но прежде чем мы смогли применить этот метод, - говорит Сорек, - нам пришлось создать базу данных «штрих-кодов» для всех рифовых рыб в заливе. Это само по себе было подвигом. Для этого команда участники начали нырять в заливе, чтобы обрезать плавники взрослых рыб для анализа ДНК. В конечном итоге нам удалось создать базу данных штрих-кодов примерно для 80% основных видов рыб (420 из примерно 540), которые, как известно, часто посещают риф». Генетическое штрих-кодирование - это метод, основанный на сравнении ДНК одного конкретного гена, последовательность которого варьируется от вида к виду. Этот удобный и очень точный метод «маркировки» имеет множество применений в мире биологических исследований; это был неопровержимый способ сопоставить личинок с их взрослыми формами.
Секвенирование геномов личинок было проведено в передовых лабораториях Израильского национального центра персонализированной медицины Стивена и Нэнси Гранд в кампусе Вейцмана. До сих пор использование штрих-кодирования для анализа больших образцов было непрактичным. Но в этом исследовании вся ДНК в каждом образце была секвенирована вместе с использованием метода «метагеномики», независимо от того, содержал ли образец одну особь или 500 личинок. «Мы изобрели «трюк», который сопоставляет изображения личинок с последовательностью их ДНК, - говорит Сорек, - и это позволило нам точно сказать, сколько отдельных личинок каждого вида было в образце. нам пришлось секвенировать триллионы оснований ДНК».
В целом команда секвенировала геномы около 10 000 личинок в 400 различных образцах. В конце концов, они создали что-то вроде карты, которая могла указать им, вид за видом, сколько их можно найти, в какое время года, в каком конкретном месте и на какой глубине.
«Поскольку теперь мы могли анализировать тысячи личинок с гораздо более высоким разрешением, чем это было возможно раньше, - говорит Кифлави, - мы теперь могли увеличивать экологические различия между видами. Если бы предполагалось, что личинки одного семейства рыб живут как на мелководье, так и на глубине, то теперь мы могли бы видеть, что некоторые виды в этом семействе предпочитают мелководье, а другие предпочитают более глубокие воды - разница, которая может повлиять на их выживание и расселение.."
Находки также разрешили несколько загадок - например, вторжение в Средиземное море небольшой рыбы-фугу, известной как колючий блаасоп. Взрослые рыбы живут на глубине в несколько сотен метров, но предположительно переходят через Суэцкий канал, глубина которого составляет всего около 25 метров. Исследование показывает, что личинки могут обитать на мелководье и, вероятно, именно они переместились по судоходным путям. При отборе проб также были обнаружены личинки рыб, которые водятся южнее в Красном море, но не в заливе. Это открытие подняло новые вопросы о том, почему эти личинки не доживают там до взрослой жизни.
Сорек: «Хотя первоначальный процесс был немного трудным, теперь у нас есть отличный инструмент для мониторинга состояния экосистемы рифа, и другие исследователи рифов могут последовать их примеру».