Когда вы покидаете зоопарк, вы физически уносите с собой домой следы животных.
Пара новых исследований, опубликованных вместе в журнале Current Biology, показала, что, просто фильтруя воздух вокруг зоопарков, исследователи могут получить генетический материал окружающих животных. При этом они не просто определяли животных в неволе - команды фиксировали ДНК окружающей среды, или эДНК, из курицы и рыбы, которыми кормили этих животных, а также из диких и домашних существ, живущих поблизости.
Эта техника способна произвести революцию в области мониторинга окружающей среды. Традиционно биологи прибегают к прямому наблюдению: стоят и ищут животных или ждут, когда они появятся перед камерами. Особенно в густом тропическом лесу "увидеть позвоночных очень сложно", - говорит Кристина Линггаард, постдокторант, изучающая эволюцию и геномику в Университете Копенгагена, и ведущий автор второй статьи. "Вы слышите их, и вы видите насекомых повсюду". Но получить представление о полном наборе птиц, обезьян и рептилий может быть невозможно, добавляет она. Это проблема для понимания насущных вопросов сохранения природы, таких как исчезновение редких видов из фрагментированных лесов.
"Я думаю, что они продемонстрировали в очень быстрой паре статей, что мы должны думать гораздо шире о потенциале воздушной эДНК для обнаружения биоразнообразия", - говорит Мэтью Барнс, эколог, изучающий перемещение эДНК в Техасском технологическом университете, который не участвовал в этих двух исследованиях.
Обе команды начали исследование независимо друг от друга, но по совпадению задались почти одинаковым вопросом. Они ознакомились с результатами друг друга до публикации и решили объединить усилия, чтобы работы были опубликованы рядом. "Мы считаем, что эти работы должны появиться вместе, потому что они являются идеальной научной репликацией", - говорит Элизабет Клэр, эколог из Йоркского университета в Канаде и ведущий автор одной из работ. (Она проводила исследование, работая в Лондонском университете королевы Марии). "И это, в конечном счете, то, что вы должны делать в науке".
По мере снижения цен на геномное секвенирование, исследования эДНК стали пользоваться все большей популярностью как инструмент для понимания экосистем. Исследователи собирают кровь пиявок, чтобы найти генетический материал укушенных ими животных. Аспирант из лаборатории Барнса в Техасском технологическом университете обнаружил, что растения выделяют шлейфы ДНК в воздух вокруг себя. Но никто еще не сделал шаг к тому, чтобы выяснить, можно ли извлечь микроскопические следы животных непосредственно из воздуха.
"Никто из нас не знал, получится ли это, особенно на улице", - говорит Клэр.
Элизабет Клэр отбирает пробы воздуха для сбора ДНК, находящейся в воздухе. Фото: Элизабет КлэрУченые обратились к зоопаркам - один в Великобритании, другой в Дании - потому что, по словам Клэр, "зоопарк - это замечательная коллекция неместных видов". Это позволило исследователям доказать, что они нашли ДНК из того места, которое изучали. Если бы они проводили мониторинг воздуха, например, на ферме, было бы невозможно понять, обнаруживают ли они ДНК коров поблизости или на расстоянии многих миль. "Проблема, с которой я столкнулся с коровами, не может возникнуть с тигром", - говорит Клэр. "Нет другого источника тигриной ДНК, кроме того, который находится передо мной. Мы точно знаем, что должны обнаружить".
Обе команды установили воздушные фильтры вокруг вольеров животных, от открытых коровников до закрытых экспозиций тропического леса. Когда фильтры всасывали достаточно воздуха из зоопарка, они замачивали их, делая бульон из всего мусора, который находился в воздухе. Затем они занялись поиском последовательностей ДНК позвоночных.
"Вы как бы играете в игру, немного похожую на Go Fish", - говорит Клэр. "У меня есть мои неизвестные вещи, я сравниваю их с моей базой данных известных вещей и ищу действительно хорошее совпадение".
У команд были списки животных зоопарка для сравнения, но они также смогли взять и идентифицировать ДНК из неожиданных источников. Группа Клэр нашла доказательства того, что работники зоопарка отслеживали ДНК, переходя из одного вольера в другой. В здании тропического леса команда Линггаарда обнаружила ДНК гуппи в прудах. "Одно дело, если у вас есть носорог, который царапается, или птица, которая летает вокруг", - говорит Линггаард. "Но гуппи не выходят из воды. Как часто они контактируют с воздухом?".
Исследователи также обнаружили ДНК из курицы, рыбы и другого мяса, которым кормили животных в зоопарке. Но они также начали находить образцы, которые не совпадали ни с чем в зоопарке. Команда Линггаарда нашла ДНК певчих птиц и ворон, а команда Клэр - уток, белок и евразийского ежа, находящегося под угрозой исчезновения.
Неясно, что именно витает в воздухе и несет ДНК. Команды предполагают, что это, скорее всего, комбинация мертвой кожи, меха, слюны и фекалий ("Моя жизнь изменилась", - говорит Линггаард об этом осознании). Выяснение этого поможет исследователям понять, как ДНК, переносимая по воздуху, перемещается в окружающей среде.
Но хотя эДНК может дать множество подсказок, она не может рассказать полную историю. Генетический материал разрушается со временем, поэтому исследователям необходимо научиться определять, когда был оставлен "след". Первые применения этой техники, вероятно, будут наиболее полезны для поиска исчезающих или неместных видов.
"Ежик был особенно интересен, потому что это критически исчезающий вид в Великобритании", - говорит Клэр. "Тот факт, что мы обнаружили редкий и исчезающий вид, является своего рода конечной целью".
Определение местонахождения исчезающих и неместных видов может помочь в сохранении и раннем предупреждении, добавляет она. Но результаты исследования также свидетельствуют о том, что живые существа постоянно оставляют следы своей жизнедеятельности в окружающем мире.
"Каждый, кто страдает аллергией на домашних животных, знает, что перхоть животных в вашем доме может подниматься в воздух", - говорит Барнс. "Но оба эти исследования показывают, что все виды растений, все виды животных, млекопитающие, птицы, рептилии и амфибии потенциально выделяют коллекционную эДНК".
По мере развития технологии, возможно, она позволит исследователям отслеживать перемещения мигрирующих животных или даже понять, насколько они распространены. "Я по-другому отношусь к окружающей среде, работая с подобной эДНК", - говорит Клэр. "Я знаю, что... если я плаваю в озере, я плаваю через эДНК. Есть эти новые источники информации, которые мы только начинаем учиться использовать. Я вспоминаю все свои полевые работы в тропиках и всех животных, которые оставляют после себя следы".