Канадские ученые доказали, что анализ экологической ДНК (эДНК) позволяет значительно точнее оценивать состояние пресноводных экосистем по сравнению с традиционными методами мониторинга. Исследование, проведенное специалистами Центра геномики биоразнообразия Гуэлфского университета под руководством Мехрдада Хаджибабаи совместно с Министерством сельского хозяйства и продовольствия Канады, показало скрытые масштабы изменения биоразнообразия в водоемах провинции Онтарио. Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Ecology.
В качестве индикаторов здоровья водной среды биологи использовали бентосных макробеспозвоночных – личинок насекомых, ракообразных и других мелких организмов, обитающих на дне рек и чувствительных к загрязнению. Традиционные методы оценки состояния воды основываются на визуальном изучении этих организмов. В течение 15 лет специалисты вели подобный мониторинг в бассейне реки Саут-Нейшен, где преобладают интенсивное сельское хозяйство и пригородная застройка. Определение видов визуальным путем требует участия высококвалифицированных систематиков, занимает много времени и часто не позволяет идентифицировать незрелые организмы. В некоторые годы более 90 процентов собранных образцов не удавалось классифицировать на уровне конкретного вида.
В 2023 году исследователи собрали пробы воды в тех же точках для проведения анализа методом метабаркодинга эДНК – выделения генетического материала, который организмы оставляют в окружающей среде. Всего за один год применения новой технологии биологи обнаружили в реках 282 вида организмов, из которых 261 вид ранее не фиксировался классическими методами за полтора десятилетия наблюдений. В то же время традиционный мониторинг выявил лишь 22 вида, которые не удалось обнаружить с помощью генетического анализа. В среднем на каждом участке метод эДНК фиксировал присутствие 59 видов, тогда как визуальный осмотр – всего 15.
Такая детализация позволила установить зависимость состава речной фауны от характера использования прилегающих земель. В водоемах, окруженных сельскохозяйственными угодьями, зафиксированы повышенная мутность, высокая электропроводность и измененный уровень pH, что указывает на стоки удобрений и эрозию почв. Напротив, лесные массивы сохраняют высокое содержание растворенного в воде кислорода и богатое видовое разнообразие, выступая в роли естественных убежищ для пресноводных организмов.
Авторы работы подчеркивают, что оперативное получение таких данных имеет ключевое значение для адаптивного управления водными ресурсами в условиях расширения агропромышленных территорий и изменения климата. Своевременное обнаружение изменений в экосистемах позволяет предотвратить деградацию водоемов, критически важных для сельского хозяйства и обеспечения населения водой. При этом исследователи не предлагают полностью отказаться от классического мониторинга, а выступают за создание гибридного подхода, где масштабный генетический скрининг сочетается с точечным таксономическим анализом.