Воздух вокруг нас незаметно фиксирует жизнь на Земле, и ученые только что научились считывать эти записи. В прорывном исследовании, превращающем рутинный радиационный мониторинг в капсулу времени биоразнообразия, специалисты извлекли десятилетия накопленной воздушной ДНК из старых фильтров, чтобы восстановить картину изменений в экосистемах.
Это исследование стало самым детальным долгосрочным анализом воздушной экологической ДНК из когда-либо проведенных. Все организмы выделяют в окружающую среду крошечные фрагменты генетического материала. Эти следы разносятся по воздуху, оседают на поверхностях и при определенных условиях могут сохраняться десятилетиями. До недавнего времени ученым не хватало длительной и непрерывной записи такого материала.
Эта запись, как оказалось, все время была на виду. Сотни станций мониторинга воздуха по всему миру используют фильтры для отслеживания радиоактивных выпадений. Один такой архив, хранившийся с 1960-х годов в подвале Агентства оборонных исследований Швеции (FOI), лег в основу новой работы. Когда исследователь Пер Стенберг почти десять лет назад узнал о забытой коллекции, он и его коллега Матс Форсман сразу осознали ее потенциал.
Фильтры поступили со станции мониторинга за пределами Кируны на севере Швеции. Неделя за неделей они улавливали из воздуха ДНК растений, грибов, насекомых, микробов, птиц, рыб и млекопитающих, таких как лоси и северные олени. Секвенировав генетический материал, ученые смогли идентифицировать около 2700 групп организмов в радиусе нескольких километров от станции и отследить, как их присутствие менялось от недели к неделе в течение 34 лет.
Долгосрочные данные выявили явное снижение биоразнообразия с 1970-х до начала 2000-х годов. Виды, связанные с хвойными лесами, включая лишайники и грибы, показали заметное сокращение. Исследователи установили, что одним лишь изменением климата эту тенденцию объяснить нельзя. Вместо этого закономерности указывают на антропогенные факторы, такие как методы ведения лесного хозяйства, как на вероятную причину упадка.
Хотя воздушная ДНК анализировалась и раньше, масштаб и глубина этой работы выделяют ее на общем фоне. Команда совместила крупномасштабное секвенирование ДНК с идентификацией видов на основе машинного обучения и моделированием воздушных потоков для определения происхождения генетического материала. Сравнение с традиционными полевыми исследованиями показало сильное совпадение, подтвердив способность метода обнаруживать как наличие видов, так и изменения в их популяциях.
Этот подход открывает новые возможности для мониторинга биоразнообразия в удаленных или малоизученных регионах, где исторические данные скудны или отсутствуют. Существующие сети воздушных фильтров могут фактически стать глобальными обсерваториями биоразнообразия. Метод также способен обнаруживать и отслеживать генетические вариации, а также присутствие инвазивных видов и патогенов.
Исследование в журнале Nature Communications.