Как ДНК окружающей среды дает ученым новый способ понимания нашего мира

Лягушек бывает трудно обнаружить, и они, конечно, не единственный вид, который ускользает от более традиционного обнаружения с помощью сапог на земле. Томсен начал работу над другим организмом, который, как известно, затрудняет измерения: рыба. Иногда говорят, что подсчет рыбы отдаленно напоминает подсчет деревьев, за исключением того, что они свободно бродят в темных местах, а счетчики рыбы ведут подсчет с завязанными глазами. Экологическая ДНК сбросила повязку. Один обзор опубликованной литературы по этой технологии — хотя она содержала оговорки, в том числе несовершенные и неточные обнаружения или подробные сведения о численности — было обнаружено, что исследования eDNA на пресноводных и морских рыбах и амфибиях превосходят численность наземных аналогов в соотношении 7:1.

В 2011 году Томсен, тогда еще доктор философии. кандидат в лаборатории Виллерслева, опубликовал бумага демонстрируя, что этот метод может обнаружить редкий и виды, находящиеся под угрозой исчезновения, например, малочисленные в Европе, включая земноводных, млекопитающих, таких как выдра, ракообразных и стрекоз. «Мы показали, что всего лишь стакана воды действительно достаточно, чтобы обнаружить эти организмы», — рассказал он Undark. Было ясно: этот метод имеет прямое применение в биологии сохранения для обнаружения и мониторинга видов.

В 2012 году журнал «Молекулярная экология» опубликовал специальный выпуск об eDNA, а Таберлет и несколько коллег изложили рабочее определение эДНК как любой ДНК, выделенной из образцов окружающей среды. Этот метод описывает два похожих, но немного отличающихся друг от друга подхода: можно ответить «да» или «нет» на вопрос: присутствует ли лягушка-бык (или что-то еще) или нет? Он делает это путем сканирования метафорического штрих-кода — коротких последовательностей ДНК, характерных для определенного вида или семейства, называемых праймерами; Сканер кассы — это распространенный метод, называемый количественной полимеразной цепной реакцией в реальном времени или qPCR.

Ученые используют eDNA для отслеживания существ всех форм и размеров, будь то крошечные кусочки инвазивных водорослей, угри в Лох-Нессе или слепой крот, обитающий в песке, которого не видели почти 90 лет.

Другой подход, широко известный как метабаркодирование ДНК, по существу выдает список организмов, присутствующих в данном образце. «Вы как бы задаете вопрос, что здесь?» — сказал Томсен. «И тогда вы получаете все известные вещи, но также получаете и некоторые сюрпризы, верно? Потому что были некоторые виды, о существовании которых вы даже не подозревали».

Один стремится найти иголку в стоге сена; другой пытается раскрыть весь стог сена. ЭДНК отличается от более традиционных методов отбора проб, при которых организмы, такие как рыба, ловят, манипулируют, подвергают стрессу, а иногда и убивают. Полученные данные объективны; оно стандартизировано и беспристрастно.

«ЭДНК, так или иначе, останется одной из важных методологий в биологических науках», — сказал Мехрдад Хаджибабаи, молекулярный биолог из Университета Гвельфа, который был пионером подхода метабаркодирования и который прослеживается ловите рыбу на глубине около 9800 футов под Лабрадорским морем. «Каждый день я вижу, как происходит что-то такое, что мне даже в голову не приходило».

---

В последние годы область применения эДНК расширилась. Чувствительность метода позволяет исследователям брать образцы ранее недоступных сред, например, захватывая eDNA из воздуха — подход, который подчеркивает перспективы eDNA и ее потенциальные подводные камни. ЭДНК, переносимая по воздуху, по-видимому, циркулирует в глобальном пылевом поясе, что предполагает ее изобилие и вездесущность, и ее можно фильтровать и анализировать для мониторинга растений и наземных животных. Но разнос эДНК по ветру может привести к непреднамеренному заражению.

Например, в 2019 году Томсен оставил две бутылки сверхчистой воды на открытом воздухе — один на лугах, а другой возле морской гавани. Через несколько часов вода содержала обнаруживаемую эДНК, связанную с птицами и сельдью, что позволяет предположить, что в образцах поселились следы неназемных видов; организмы явно не обитали в бутылках. «Значит, это должно произойти с воздуха», — сказал Томсен Ундарку. Результаты указывают на двойную проблему: во-первых, следы могут перемещаться, когда два организма, вступающие в контакт, могут затем носиться вокруг ДНК другого, и то, что присутствует определенная ДНК, не означает, что вид действительно существует. .