ДНК растений в воздухе помогла ученым распознать специфику местности

09:03 06 января Киев, Украина

Техасские ученые исследовали растительность местности путем анализа растительной ДНК из пыли в воздухе. Выяснилось, что такой подход позволяет выявить больше видов растений, чем традиционный метод исследования, поэтому является целесообразным и удобным дополнением к нему. Сочетание двух методов изучения растительных групп позволит быстрее выявлять инвазионные виды и своевременно принимать меры против их распространения, а также следить в течение длительного времени за изменением растительного покрова, например, в ответ на изменение климата. Исследование обнародовано в статье журнала BMC Ecology and Evolution .

Как ДНК в воздухе может помочь ученым?

ДНК, как известно, содержится внутри клеток живых организмов, однако она также попадает в окружающую среду, например вместе с отмершими клетками кожи, с выделениями, при разложении тела и т.д. Такая ДНК из среды может предоставить ценную информацию о живых организмах, проживающих в исследуемой местности, особенно когда речь идет о редких видах или инвазионных, вредных чужеродных видах. Так, недавно, исследуя ДНК в образцах воды из бразильских лесов, ученые получили свидетельство, что лягушки Megaelosia bocainensis , которых в последний раз видели в природе более 50 лет назад, не вымерли.

Многие открытия по биоразнообразию отдельных локаций были сделаны благодаря изучению генетической информации из воды и почв. Существенно реже изучают ДНК из воздуха, преимущественно путем обнаружения распространяемых ветром пыльцевых зерен растений. Хотя это помогает лучше понять, какие виды представлены на определенной местности, метод полезен только в отношении растений, образующих ветряную пыльцу и находящихся в фазе цветения. Между тем, некоторые ученые указывали на возможность изучения целых растительных группировок на основе обнаружения их не связанной с пыльцой ДНК в воздухе, подобно тому, как изучают ДНК животных в воде, например. Проверить это решили учёные Техасского технологического университета.

Каким было исследование?

Ученые захотели сравнить метод изучения растительных группировок по ДНК из воздуха и традиционный метод, который возлагается на значительные затраты времени и сил и компетентность исследователя в определении видов растений.

Исследования проводили на пастбище площадью около 53 гектаров на территории Техасского технологического университета. В течение года осенью и летом ученые изучали растительность на местности, поделив ее на девять участков площадью примерно 3,1 гектара каждый. В центре них установили контейнеры, которые накапливали из воздуха пыль, ДНК из которой затем изучали. Вокруг собирателей исследователи проводили традиционное изучение растений. В конце они сопоставляли, какие виды растений им удалось выявить на девяти изучаемых участках с помощью двух методов.

Насколько удачен метод изучения ДНК растений в воздухе?

Сравнение показывает, что изучение растительных группировок на основе ДНК из воздуха позволяет выявить больше видов, чем при традиционном изучении. Так, в первом случае ученые обнаружили 91 вид растений, тогда как во втором – 80 видов. Однако виды, обнаруженные двумя разными подходами, не всегда совпадали. То есть один метод обнаруживал виды, пропускаемые другим. Например, при изучении ДНК из среды были обнаружены следы 13 трав, которых не обнаружили при традиционном изучении. В то же время, традиционным методом нашли 2 вида трав, ДНК которых не попало в собиратели. Также ДНК-исследование выявило 21 вид разнотравья, которые не заметили во время обычного обследования местности, а последнее со своей стороны указало на 23 вида, чьи ДНК не удалось обнаружить в образцах ДНК. Изучением ДНК ученые также смогли выявить большее количество видов деревьев и инвазионных видов, чем традиционным методом.
 
Фото:  Количество видов трав (А), разнотравья (В) и деревьев (С), обнаруженных с помощью метода изучения ДНК из воздуха (слева) или традиционным способом (справа) и обоими ими (перекрытия). &nbsp ;Mark D. Johnson et al. / BMC Ecology and Evolution, 2021

Ученые подытоживают, что исследование растительного разнообразия путем изучения ДНК в пыли из воздуха является целесообразным подходом, тем более что метод требует относительно немного усилий. Но ввиду недостатков обоих методов, традиционного и основанного на ДНК, они скорее являются хорошим дополнением друг другу, а не заменой. В общем, изучение ДНК позволяет выявить более маленьких цветущих растений и трав, которые могут быть незаметны для исследователей, но традиционный подход может быть более эффективным в поиске более заметных, но редких видов. Кроме этого, изучение ДНК может способствовать длительным наблюдениям, указывая на изменение растительных группировок в зависимости от сезонной изменчивости или изменения климата.