Біологія
Біологія

ДНК в повітрі допомогла визначити рослинність місцевості

Техаські вчені дослідили рослинність місцевості шляхом аналізу рослинної ДНК із пилу в повітрі. З'ясувалося, такий підхід дає змогу виявити більше видів рослин, ніж традиційний метод дослідження, тому є доцільним і зручним доповненням до нього. Поєднання двох методів вивчення рослинних угруповань дасть змогу швидше виявляти інвазійні види та вчасно вживати заходів проти їх поширення, а також слідкувати протягом тривалого часу за зміною рослинного покриву, наприклад, у відповідь на зміну клімату. Дослідження оприлюднене у статті журналу BMC Ecology and Evolution.

Capri23auto / Pixabay

Capri23auto / Pixabay

Яким чином ДНК в повітрі може допомогти вченим?

ДНК, як відомо, міститься всередині клітин живих організмів, однак вона також потрапляє у навколишнє середовище, наприклад, разом із відмерлими клітинами шкіри, із виділеннями, при розкладанні тіла тощо. Така ДНК із середовища може надати цінну інформацію про живі організми, які проживають у досліджуваній місцевості, особливо коли мова йде про рідкісні види або ж інвазійні, шкідливі чужорідні види. Так, нещодавно, досліджуючи ДНК у зразках води з бразильських лісів, науковці отримали свідчення, що жаби Megaelosia bocainensis, яких востаннє бачили в природі понад 50 років тому, не вимерли.

Чимало інших відкриттів стосовно біорізноманіття окремих локацій було зроблено завдяки вивченню генетичної інформації із води та ґрунтів. Суттєво рідше вивчають ДНК із повітря, переважно шляхом виявлення поширюваних вітром пилкових зерен рослин. Хоча це допомагає краще зрозуміти, які види представлені на певній місцевості, метод корисний лише стосовно рослин, які утворюють пилок, що поширюється вітром, і перебувають у фазі цвітіння. Між тим, деякі вчені вказували на можливість вивчення цілих рослинних угруповань на основі виявлення їхньої не пов'язаної з пилком ДНК у повітрі, подібно до того, як вивчають ДНК тварин у воді, наприклад. Перевірити це вирішили науковці Техаського технологічного університету.

Яким було дослідження?

Вчені захотіли порівняти метод вивчення рослинних угруповань по ДНК з повітря та традиційний метод, який покладається на значні витрати часу й зусиль та компетентність дослідника у визначенні видів рослин.

Дослідження проводили на пасовищі площею близько 53 гектари на території Техаського технологічного університету. Протягом року восени та влітку вчені вивчали рослинність на місцевості, поділивши її на дев'ять ділянок, площею приблизно 3,1 гектара кожна. У центрі них встановили контейнери, які накопичували із повітря пил, ДНК із якого потім вивчали. Навколо збирачів дослідники проводили традиційне вивчення рослин. У кінці вони зіставляли, які види рослин їм вдалося виявити на дев'яти досліджуваних ділянках з допомогою двох методів.

Наскільки вдалим є метод вивчення ДНК рослин у повітрі?

Порівняння вказує, що вивчення рослинних угруповань на основі ДНК з повітря дає змогу виявити більше видів, ніж під час традиційного вивчення. Так, у першому випадку вчені виявили 91 вид рослин, тоді як у другому — 80 видів. Однак види, виявлені двома різними підходами, не завжди збігалися. Тобто один метод виявляв види, які пропускалися іншим. Наприклад, при вивченні ДНК з середовища було знайдено сліди 13 трав, яких не виявили при традиційному вивченні. Водночас традиційним методом знайшли 2 види трав, ДНК яких не потрапило у збирачі. Також ДНК-дослідження виявило 21 вид різнотрав'я, яких не помітили під час звичайного обстеження місцевості, а останнє, зі свого боку, вказало на 23 види, чиї ДНК не вдалося виявити у зразках ДНК. Вивченням ДНК вчені також змогли виявити більше видів дерев та інвазійних видів, ніж традиційним методом.

Кількість видів трав (А), різнотрав'я (В) та дерев (С), виявлені за допомогою методу вивчення ДНК з повітря (зліва) або традиційним способом (справа) та обома ними (перекриття).  Mark D. Johnson et al. / BMC Ecology and Evolution, 2021

Кількість видів трав (А), різнотрав'я (В) та дерев (С), виявлені за допомогою методу вивчення ДНК з повітря (зліва) або традиційним способом (справа) та обома ними (перекриття). Mark D. Johnson et al. / BMC Ecology and Evolution, 2021

Науковці підсумовують, що дослідження рослинного різноманіття шляхом вивчення ДНК у пилі з повітря є доцільним підходом, тим більше, що метод вимагає відносно небагато зусиль. Але зважаючи на недоліки обох методів, традиційного та основаного на ДНК, вони радше є хорошим доповненням одне одному, а не заміною. Загалом, вивчення ДНК дає змогу виявити більше маленьких квітучих рослин та трав, які можуть бути непомітними для дослідників, але традиційний підхід може бути ефективнішим у пошуку більш помітних, проте рідкісних видів. Крім цього, вивчення ДНК може посприяти тривалим спостереженням, вказуючи на зміну рослинних угруповань, у залежності від сезонної мінливості або зміни клімату.