Океански живот је у великој мери скривен од погледа. Надгледање живота где је скупо - обично захтева велике чамце, велике мреже, квалификовано особље и пуно времена. Нова технологија која користи оно што се назива ДНК из окружења отклања нека од тих ограничења, пружајући брз, приступачан начин да се схвати шта је све присутно испод водене површине.
Сличан садржај
- Како научници користе тинејџерске делове остатка ДНК да би решили мистерије дивљих животиња
Рибе и друге животиње изливају ДНК у воду у облику ћелија, секрета или излучевина. Пре око 10 година, истраживачи у Европи први су показали да мале количине рибњака садрже довољно слободно лебдеће ДНК за детекцију резидуалних животиња.
Истраживачи су након тога тражили водене еДНА у више слатководних система, а однедавно и у знатно већим и сложенијим морским срединама. Иако је принцип водене еДНА добро успостављен, тек почињемо да истражујемо његов потенцијал откривања риба и њиховог обиља у појединим морским срединама. Технологија обећава многе практичне и научне примене, од помагања у постављању одрживих квота за рибу и процене заштите угрожених врста до процене утицаја оффсхоре вјетроелектрана.
Ко је у Худсону, када?
У нашој новој студији, моје колеге и ја смо тестирали колико водена еДНА може открити рибу у ушћу реке Худсон која окружује Нев Иорк Цити. Упркос томе што је најузвишеније урбанизовано ушће у Северној Америци, квалитет воде драматично се побољшао током последњих деценија, а ушће је делимично опоравило своју улогу као основно станиште многих рибљих врста. Побољшано здравље локалних вода истиче се сада већ редовитим падом грбавих китова који се хране великим школама Атлантика, на границама луке Њујорк, на месту Емпире Стате Буилдинга.
Припрема се за бацање канте за сакупљање у реку. (Марк Стоецкле, ЦЦ БИ-НД) Наша студија је прво снимање пролећне миграције океанских риба спровођењем ДНК тестова на узорцима воде. Скупљали смо један литар (отприлике четвртине) узорака воде сваке недеље на два градска места од јануара до јула 2016. Пошто је обала Менхетна оклопљена и уздигнута, бацили смо канту на коноп у воду. Зимски узорци су имали мало или нимало еДНА рибе. Почевши од априла примећен је стални пораст рибе, при чему је почетком лета било око 10 до 15 врста по узорку. Налази еДНА углавном су се поклапали са нашим постојећим знањем о кретању риба, тешко освојеним деценијама традиционалних истраживања моривања.
Наши резултати показују „Голдилоцкс“ квалитет водене еДНА - изгледа да ће трајати управо потребно време. Да је пребрзо нестао, не бисмо га могли открити. Да је трајало предуго, не бисмо открили сезонске разлике и вероватно бисмо пронашли ДНК многих слатководних и отворених океанских врста као и оне локалних ушћа риба. Истраживања сугеришу да се ДНК распада сатима до данима, у зависности од температуре, струје и тако даље.
Свеукупно, добили смо еДНА које одговарају 42 локалне морске врсте риба, укључујући већину (80 процената) локално богатих или уобичајених врста. Поред тога, врсте које смо открили, обилне или уобичајене врсте чешће су посматране него локално неуобичајене. Да је врста еДНА открила подударност традиционалних опажања локално уобичајених риба у погледу обиља добра је вест за методу - подржава еДНА као индекс броја риба. Очекујемо да ћемо на крају успети да откријемо све локалне врсте - прикупљањем већих количина, на додатним локацијама у ушћу и на различитим дубинама.
Риба је идентификована путем еДНА у узорку једног дана из источне реке Њујорка. (Државни одјел за заштиту околиша у Нев Иорку: алевифе (врста харинге), пругасти бас, америчка јегуља, мумицхог; Массацхусеттс, одјел за рибу и дивљач: црни бранцин, плавуља, атлантска сребрна страна; удружење за роњење у Нев Јерсеију: оисте) Поред локалних морских врста, у неколико узорака пронашли смо и локално ретке или одсутне врсте. Већина је била риба коју једемо - нилски тилапиа, атлантски лосос, европски бранцин („бранзино“). Нагађамо да су они дошли из отпадних вода - иако је Худсон чистији, контаминација канализације и даље постоји. Ако је тако ДНК ушао у ушће у овом случају, тада би се могло утврдити да ли заједница конзумира заштићене врсте тестирањем отпадне воде. Преостала егзотика коју смо пронашли биле су слатководне врсте, изненађујуће малобројне с обзиром на велике, свакодневне приливе слатке воде у ушће морске воде из слива Худсона.
Филтрирање воде из естуарија назад у лабораторију. (Марк Стоецкле, ЦЦ БИ-НД) Анализа гола ДНК
Наш протокол користи методе и опрему стандард у лабораторији за молекуларну биологију, и следи исте поступке који се користе, на пример, за анализу хуманих микробиома.
Након сакупљања, узорке воде испуштамо кроз филтер мале величине пора (0, 45 микрона) који задржава суспендовани материјал, укључујући ћелије и фрагменте ћелије. Извадимо ДНК из филтера и појачамо га помоћу ланчане реакције полимеразе (ПЦР). ПЦР је попут "ксероксирања" одређене ДНК секвенце, стварајући довољно копија да би се оне лако могле анализирати.
Циљали смо митохондријску ДНК - генетски материјал унутар митохондрија, органеле која ствара ћелијску енергију. Митохондријска ДНК присутна је у много већим концентрацијама од нуклеарне ДНК и тако је лакше открити. Такође има регионе које су исте код свих кичмењака, што нам олакшава појачавање више врста.
еДНА и остале нечистоће остављене на филтеру након што вода из естуарија прође. (Марк Стоецкле, ЦЦ БИ-НД) Означили смо сваки појачани узорак, објединили узорке и послали их у редослед следеће генерације. Научник и коаутор Универзитета Роцкефеллер Зацхари Цхарлоп-Поверс створио је биоинформатички нафтовод који процењује квалитет секвенце и генерише листу јединствених низова и „прочитаних бројева“ у сваком узорку. Толико смо пута открили сваки јединствени низ.
Да би се идентификовале врсте, сваки јединствени низ упоређује се са онима у јавној бази података ГенБанк. Наши резултати у складу су са бројем риба који је пропорционалан бројевима риба, али потребно је више рада на прецизном односу еДНА и обиља рибе. На пример, неке рибе могу пролити више ДНК од других. Утицаји на смртност риба, температуру воде, јаја и ларве у односу на одрасле облике такође би могли бити играни.
Као и у телевизијским емисијама о криминалу, идентификација еДНА се ослања на свеобухватну и тачну базу података. У пилот студији идентификовали смо локалне врсте које су недостајале из базе података ГенБанк или су имале непотпуне или неусклађене секвенце. Да бисмо побољшали идентификацију, секвенцирали смо 31 узорак који представља 18 врста из научних колекција на Универзитету Монмоутх, као и из продавница мамаца и рибарница. Овај посао је у великој мери урадила студентска истраживачица и коауторка Лиубов Соболева, старији из средње школе Јохн Бовне у Нев Иорку. Депоновали смо ове нове секвенце у ГенБанк-у, повећавајући покривеност базе података на око 80 процената наших локалних врста.
Сајтови за прикупљање студија на Менхетну. (Марк Стоецкле, ЦЦ БИ-НД) Усредсредили смо се на рибе и остале кичмењаке. Остале истраживачке групе примењивале су водени еДНА приступ на бескраљежњацима. У принципу, техником се може проценити разноликост целог живота животиња, биљака и микроба у одређеном станишту. Поред детекције водених животиња, еДНА одражава и копнене животиње у оближњим сливовима. У нашој студији, најчешћа дивља животиња откривена у водама Њујорка био је смеђи пацов, уобичајени градски становник.
Будуће студије могу користити аутономна возила за рутинско узорковање удаљених и дубоких локација, помажући нам бољем разумевању и управљању разноликошћу живота оцеана.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Марк Стоецкле, виши научни сарадник у програму за људско окружење, Универзитет Роцкефеллер
