Как вы отслеживаете потерю биоразнообразия? Проверьте воздушные фильтры, говорят ученые

Неудивительно, что наряду с пеплом, пыльцой, пылью и другими частицами, которые можно найти в воздухе, которым мы дышим, существуют также фрагменты генетического материала растений и животных.

новый изучать Канадские и британские ученые раскрывают новый способ использования этого материала для отслеживания изменений в окружающей среде.

Те генетические фрагменты, которые животные и растения выделяют через кожу, чешую, мех или экскременты, известны как экологическая ДНК (эДНК). Они могут дать исследователям ключ к разгадке биоразнообразия местности, показывая, какие существа там присутствуют, легче, чем другие методы.

Электронную ДНК можно собрать, установив небольшие воздушные фильтры, подобные тем, которые используются для охлаждения компьютеров и 3D-принтеров, непосредственно в местах обитания, которые ученые хотят контролировать.

Но хотя они способны собирать данные в небольших масштабах, исследователи из Йоркского университета в Торонто и двух институтов в Великобритании обнаружили, что вокруг нас есть гаджеты, отслеживающие загрязнение воздуха, которые уже десятилетиями непреднамеренно собирают эДНК в больших масштабах.

Называемые станциями мониторинга воздуха, они используются в большинстве стран для измерения качества воздуха. В Канаде установлено около 260 таких устройств по всей стране, от Сент-Джонса до Миссиссоги, Онтарио, и Бернаби, Британская Колумбия.

Исследователи, стоящие за исследованием, опубликованным в Текущая биология В понедельник собраны образцы с двух станций осенью 2021 года — одна в парке в Лондоне, а другая в поле к северу от Эдинбурга. Они обнаружили эДНК 182 различных видов растений, грибов, насекомых, млекопитающих, птиц, рыб и амфибий.

«Это было намного больше, чем мы ожидали», — сказала соавтор Элизабет Клэр, доцент биологии Йоркского университета в Торонто. «Это было одним из самых больших потрясений для нас».

СМОТРЕТЬ | Ученые Йоркского университета демонстрируют найденный ими новый метод сбора эДНК:

Куча данных уже есть

Образцы выявили присутствие всего, от капусты до соевых бобов. маленькая сова и благородный олень.

Клэр сказала, что она и ее коллеги были удивлены, обнаружив, что такой кладезь информации был у них под носом все это время.

«Идея о том, что существует некая система, собирающая данные ежедневно снова и снова, в основном полуавтоматическая, и что мы никогда не замечали ее существования, вот что так удивительно, так это то, что данные уже есть», — сказала она.

По словам исследователей, хотя многие станции мониторинга воздуха со временем не сохранили бы свои воздушные фильтры, у некоторых могут быть записи, относящиеся к 1970-м годам.

Сбор эДНК может помочь исследователям идентифицировать типы организмов, живущих в экосистеме, известной как биоразнообразие, без необходимости непосредственного наблюдения за ними, и может нарисовать картину того, что происходит с определенными видами с течением времени.

Международные договоры, такие как Конвенция о биологическом разнообразии обязать Канаду и другие страны проводить мониторинг биоразнообразия для оценки и сравнения темпов сокращения видов.

Существует множество способов измерения биоразнообразия в экосистеме, помимо эДНК. По словам Клэр, они варьируются от вида к виду, но использование сетей мониторинга воздуха для сбора eDNA является одним из способов стандартизации этого мониторинга.

«У нас нет единого подхода ни к чему», — сказала Клэр. «Поэтому одна из самых больших проблем, с которыми мы сталкиваемся, — попытаться сопоставить эти данные в более широком масштабе, но теперь мы можем собирать эти данные на глобальном уровне одновременно».

Получение полной картины

Кристоф Диг, исследователь из Фонда тихоокеанского лосося и Министерства рыболовства и океанов Канады, полагается на эДНК при мониторинге биоразнообразия лосося. Он сказал, что, хотя он собирает большую часть своей информации из воды, экосистемы лосося, он также может многому научиться из эДНК в воздухе.

«Объединяя то, что мы видим в воздухе и на воде, мы действительно можем запечатлеть все, что происходит», — сказал он. «Итак, это интересное исследование, которое действительно позволяет нам получить целостное представление о целых экосистемах в континентальном масштабе — обзор биоразнообразия».

Учитывая размеры Канады и ее разнообразный климат, сложно получить полную картину биоразнообразия по всей стране. Но если есть исторические данные, собранные этими системами мониторинга воздуха и сохраненные, анализ некоторых исторических данных может помочь конкретизировать эту картину.

«Если бы вы применили это к архивным образцам в Канаде, вы бы уже увидели резкое изменение в нашем разнообразии», — сказал он.

«Мы теряем биоразнообразие быстрее, чем можем занести в каталог, мы действительно не знаем, что мы теряем».

Не так точно, как полевые работы

По словам Клэр, многие методы в науке о биоразнообразии требуют много времени и выполняются вручную; они требуют, чтобы люди каждый день выходили в поле и прикладывали много усилий для сбора данных.

Ребекка Руни, адъюнкт-профессор биологии Университета Ватерлоо, — одна из тех, кто занимается полевыми работами в рамках своего исследования в области биомониторинга и оценки водно-болотных угодий. Она сказала, что, хотя данные eDNA полезны, они еще не так точны, как исследование мест обитания для измерения биоразнообразия.

«По крайней мере, мы точно знаем, что эти растения там, когда мы находимся там физически», — сказала она.

Соавтор исследования Джоанна Литтлфейр из Лондонского университета королевы Марии соглашается с тем, что для обеспечения точности собранных данных еще предстоит пройти долгий путь.

«Это исследование все еще просто доказывает существование этого метода», — сказала она. «Итак, да, есть вопросы, но также есть большой потенциал, и это то, что мы надеемся увидеть на следующих этапах».

Например, хотя эДНК выявляет типы видов в экосистеме, она не может измерить реальную популяцию этих видов или нюансы между экосистемами. Также трудно определить точное местонахождение видов, потому что ветер может уносить молекулы на большие расстояния.

«Мы спрашиваем: «Корова находится в 20 метрах от нас или это стадо коров может быть на расстоянии сотен километров?», — сказал Литтлфейр.

Важность сохранения исторических данных

Не все образцы сети мониторинга воздуха сохраняются, и авторы надеются, что их исследование побудит тех, кто управляет сетями, сохранять собираемые ими данные.

По словам Дига, наличие исторической картины, а также текущего снимка является ключом к тому, чтобы позволить ученым сравнивать экосистемы и исторические моменты и отслеживать, что теряется.

Например, в Канаде за последние 50 лет численность подверженных риску популяций сократилась почти на 60 процентов, а популяция млекопитающих сократилась примерно наполовину. Природа Канады.

«Мы должны думать о таких возможностях и действительно убедиться, что ничего не упускаем», — сказал Диг.