Новый метод eDNA точно определяет углерод от водорослей на дне океана

Saccharina latissima (сахаристая ламинария) на коммерческой ферме в Мэне. Автор: Brittney Honisch, Bigelow Laboratory

Новые инструменты экологической ДНК (eDNA) позволяют точно и недорого количественно определять биомассу, полученную из водорослей, в донных отложениях под коммерческими фермами по выращиванию ламинарии. Исследование опубликовано в PLOS One.

Учёные из Лаборатории Бигелоу продемонстрировали ценность экосистемных и специфичных для водорослей инструментов eDNA и подтвердили, что аквакультура ламинарии минимально влияет на донные сообщества под фермами. Эти инструменты также могут помочь в учёте «голубого углерода», определяя скорость осаждения углерода из водорослей в морские отложения.

«Если посмотреть на морское дно под фермой водорослей, там много органического вещества, но у нас не было конкретных способов определить, что именно находится в этих отложениях и откуда оно взялось», — сказал старший научный сотрудник Дэвид Эмерсон.

Мэн — крупнейший штат по производству ламинарии в США с быстрорастущей индустрией, ориентированной на Saccharina latissima (сахаристую ламинарию). Исследователи изучают, накапливается ли богатая углеродом биомасса с коммерческих ферм в нижележащих отложениях. Если да, то пассивный перенос водорослей на морское дно потенциально может стать инструментом для секвестрации углекислого газа и принести фермерам дополнительный доход.

Исследовательская группа извлекает керн осадков из-под коммерческой фермы водорослей. Автор: Samuel Tan, Bigelow Laboratory

Традиционные методы стабильных изотопов могут оценить общее количество органического углерода и азота в отложениях, но они не позволяют точно определить, какая часть углерода происходит от конкретного вида водорослей, и остаются дорогими и трудоёмкими.

В новом исследовании команда протестировала два молекулярных инструмента, отбирая пробы eDNA в отложениях под действующей коммерческой фермой в заливе Мэн в течение двух сезонов. Метод метабаркодирования позволяет «отпечатать» всех морских организмов в образце и показал лишь незначительные различия внутри и вне фермы, подтвердив её минимальное влияние на донное сообщество.

Для специфического обнаружения сахаристой ламинарии команда разработала зонд digital polymerase chain reaction (dPCR). Подобно COVID-тесту, этот подход ПЦР позволяет точно измерить количество копий генов ламинарии в каждом образце, вплоть до единиц.

«С ДНК, в отличие от методов стабильных изотопов, не возникает сомнений, что вы измеряете биомассу напрямую от ламинарии — причём конкретного вида, выращиваемого на этой ферме», — пояснил Эмерсон.

С помощью количественного ПЦР-метода команда подтвердила, что количество биомассы ламинарии в осадков было более изменчивым и в целом незначительно выше на участках непосредственно под фермой по сравнению с участками поблизости. Ведущий автор исследования Сэмюэл Тан отметил, что ДНК ламинарии, по-видимому, разлагается быстрее, чем другие части растения, поэтому метод, вероятно, даёт консервативную оценку количества осаждаемой ламинарии.

«Исследование показывает, что eDNA может быть мощным инструментом для получения информации даже о довольно незначительных изменениях, обеспечивая чувствительность и специфичность, с которыми могут сравниться немногие методы», — сказал Тан.

Исследователи продолжают систематический отбор проб на большем количестве участков под этой и другими фермами, что подтверждает первоначальные результаты и позволяет начать разбираться в изменчивости осаждения под каждой фермой. Эмерсон подчеркнул, что первоначальная работа показала, что в целом под этими фермами естественным образом откладывается относительно мало ламинарии. Однако следующие этапы отбора проб продолжаются, а связанные исследования предполагают, что количество органического углерода в отложениях имеет тенденцию быть выше на более крупных и старых фермах в других частях мира.

Больше информации: Samuel H. Tan et al, Using eDNA tools to examine the impact of kelp farming on underlying sediments, PLOS One (2025). DOI: 10.1371/journal.pone.0331416

Источник: Bigelow Laboratory for Ocean Sciences