Как отслеживать потерю биоразнообразия? Проверьте воздушные фильтры, говорят ученые

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

Новое исследование канадских и британских ученых раскрывает новый способ использования этого материала для отслеживания изменений в окружающей среде.

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

еДНК можно собрать, установив небольшие воздушные фильтры, подобные тем, которые используются для охлаждения компьютеров и 3D-принтеров, непосредственно в местах обитания, за которыми ученые хотят следить.

Но хотя они способны собирать данные в небольших масштабах, исследователи из Йоркского университета в Торонто и двух институтов в Великобритании обнаружили, что повсюду вокруг нас существуют 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 до Бернаби, Британская Колумбия.

Исследователи, стоящие за исследованием, опубликованным в журнале Current Biology Monday, осенью 2021 года собрали образцы на двух станциях — одной в парке в Лондоне, а другой — в поле к северу от Эдинбурга. Они обнаружили эДНК у 182 различных видов растений, грибов, насекомых, млекопитающих, птиц, рыб и амфибий.

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

Образцы выявили наличие всего: от капусты до соевых бобов ималенькая сова и благородный олень.

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

«Идея о том, что существует система, которая собирает данные ежедневно снова и снова и снова, по сути полуавтоматическая, и что мы никогда не замечали ее существования, вот что так удивительно, заключается в том, что это данные уже есть", - сказала она.

По словам исследователей, хотя многие станции мониторинга воздуха со временем не сохранили бы свои воздушные фильтры, некоторые из них могут иметь записи, относящиеся к 1970-м годам.

Сбор eDNA 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, обязывают Канаду и другие страны осуществлять мониторинг биоразнообразия для оценки и сравнения темпов исчезновения видов.

Существует множество способов измерения биоразнообразия в экосистеме, помимо электронной ДНК. 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 которой мы сталкиваемся, — это попытаться сопоставить эти данные в более широком масштабе, но теперь мы можем собирать эти данные на глобальном уровне одновременно».

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

«Объединив то, что мы видим в воздухе и воде, мы действительно можем запечатлеть все, что происходит», — сказал он. «Так что именно здесь исследование является захватывающим и 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.