Анализ ДНК речной воды выявил 861 вид лягушек, а также смертельно опасный грибок

Фото из открытых источников

Бутылка отфильтрованной речной воды должна показать краткий список: несколько рыбок, немного водорослей, возможно, следы бактерий. По крайней мере, так ожидали ученые. Но исследователи, отфильтровывая образцы из ирландской реки, получили нечто совершенно иное – выдр, овец, морских черепах и домашних кошек.

Группа исследователей также обнаружила самый разрушительный грибковый патоген амфибий за всю историю наблюдений, впервые задокументированное появление которого в стране. Результаты исследования опубликованы в журнале NAR Genomics and Bioinformatics.

В центре внимания работы была река Авока в графстве Уиклоу, Ирландия, прослеживание её русла от горного притока до места впадения в Ирландское море.

Исследование возглавил Дэвид Даффи, профессор геномики заболеваний диких животных в Университете Флориды (UF). В его команду входили сотрудники из Ирландии и Дании.

Вода переносит генетические остатки от каждого организма, мимо которого проходит – клетки кожи, чешую, экскременты, слизь и даже фрагменты мертвых тканей. EDNA, сокращение от environmental DNA (экологическая ДНК), обозначает генетический материал, который организмы оставляют после себя повсюду.

Большинство исследований ДНК из окружающей среды по-прежнему основаны на методе, называемом метабаркодингом, который нацелен на одну группу организмов за раз. Рыбы, грибы, бактерии — для каждого вида проводится отдельный тест.

В более ранних исследованиях для охвата широкого спектра биоразнообразия в одной реке требовалось до 14 отдельных циклов метабаркодинга. Каждый из них был направлен на определенный сегмент экосистемы, но остальные оставались вне поля зрения.

Команда Даффи полностью пропустила этап группировки. Они пропускали всю ДНК каждого образца через нанопоровые секвенаторы, которые считывают длинные генетические нити за один проход. Результаты показали наличие ДНК-отпечатков всех ветвей жизни – вирусов, бактерий, растений, животных, грибов – без привязки к какой-либо одной группе.

«В этом исследовании мы хотели подчеркнуть, что технологии продвинулись настолько, что теперь мы можем в рамках одного анализа одновременно обнаруживать все эти вещества», — сказал Даффи.

В период с 2022 по 2024 год команда собрала 37 образцов вдоль реки Авока и на участке пляжа в нескольких милях к северу от ее устья. Из них 11 образцов были подвергнуты полному секвенированию. В верховьях рек в горах Уиклоу было получено меньшее количество образцов ДНК.

В приливных зонах вблизи города Арклоу, где река впадает в солоноватую воду, находился самый плотный материал. Сигнал был широким. В реке появились выдры. Свиньи, коровы и овцы приплыли с местных ферм. Даже фрагменты ДНК кожистой морской черепахи были обнаружены недалеко от устья реки.

В небольшом количестве пляжного песка у устья реки — примерно в треть унции — были обнаружены ДНК 861 различных видов животных. В образце морской воды, взятом неподалеку, были обнаружены еще 735 видов.

Неожиданная находка была сделана в разделе данных, посвященном земноводным. В Ирландии обитает только один местный вид лягушек — обыкновенная лягушка, и река, как и положено, обнаружила ее ДНК.

Одновременно с этим секвенирование выявило Batrachochytrium dendrobatidis — хитридиевый гриб, ставший причиной сотен вымираний амфибий по всему миру, — массового вымирания, не имеющего аналогов в современной истории. Этот грибок колонизирует кожу амфибий, нарушая дыхание и водный баланс, от которых зависят лягушки.

Популяции этого грибка в Австралии и Центральной Америке резко сократились — в ходе исследования было выявлено более 500 пострадавших видов. До этого анализа никто не регистрировал этот грибок в Ирландии.

Его присутствие в реке Авока выявляет ранее невиданную опасность для популяции лягушек в стране, поскольку их отлавливают не с помощью ловушек, а путем анализа воды, прошедшей рядом с ними.

Река также хранила следы загрязнения. Пробы, взятые недалеко от Арклоу в 2022 году, содержали большое количество ДНК человеческих фекалий, что соответствует неочищенным сточным водам из города, который давно критикуют за неадекватную инфраструктуру канализации.

Введена в эксплуатацию новая очистная станция. К 2024 году концентрация человеческой ДНК на этом участке снизилась ниже уровня, позволяющего ее обнаружить.

«Мы смогли наглядно увидеть, как сточные воды были перенаправлены и больше не попадали в реку», — сказал Даффи.

Река Авока – всего лишь одна река в одной стране, и секвенирование охватило только 11 из 37 собранных образцов – это лишь предварительный анализ, а не всестороннее исследование. Пока еще предстоит проверить, насколько хорошо этот подход работает в реках с различной экологией или характером загрязнения.

Выявление хитридиевых соединений имеет важное значение, но основано на анализе всего одной пробы с одного участка. Преимущество этого метода не в том, что он заменяет традиционные опросы. Он меняет направление внимания. Этот сигнал может направить полевые бригады в нужное место для выполнения более медленной, целенаправленной работы.

Для ирландских лягушек обнаружение хитридиевого грибка имеет практическое значение – теперь природоохранные организации знают, где искать очаги массовой гибели и как могло распространиться это заболевание.

Для компании Avoca у руководителей теперь есть инструмент, позволяющий в режиме, близком к реальному времени, подтверждать, что новая инфраструктура выполняет свою функцию.

В предыдущих обзорах ДНК из окружающей среды описывалась как перспективный инструмент для сохранения биоразнообразия; данная работа выводит его на практический уровень.

Для любой реки, сталкивающейся сегодня с целым рядом проблем, затрагивающих дикую природу – болезнями, загрязнением, утратой среды обитания – возможность единого, одновременного измерения параметров перестала быть чисто теоретической.

В этой статье эта концепция превращается в нечто, что может реально использовать специалист по управлению водосборными бассейнами.