34 года в подвале шведского бункера. Забытые фильтры оказались сокровищем для биологов

Воздух вокруг нас не просто переносит пыль и запахи. Оказывается, он годами собирает и хранит следы жизни на Земле, и теперь ученые научились эти следы читать.

Исследователи превратили обычные фильтры с пунктов радиационного мониторинга в своего рода «капсулы времени» биоразнообразия. Из старых воздушных фильтров они извлекли фрагменты ДНК, которые накапливались десятилетиями, и по ним восстановили, как менялись экосистемы с течением времени. По словам авторов, это самая детальная в истории долгосрочная работа по анализу «воздушной» экологической ДНК.

Любые организмы постоянно теряют микроскопические фрагменты ДНК: с частицами кожи, шерсти, пыльцой, спорами, выделениями. Эти следы разносятся воздушными потоками, оседают на поверхностях и при удачном сочетании условий могут сохраняться очень долго. Но до сих пор у ученых не было непрерывной «летописи», где такой генетический материал собирался бы систематически год за годом.

Оказалось, что нужная летопись давно лежала под рукой. По всему миру работают сотни станций, которые отслеживают радиоактивные выпадения и для этого регулярно прогоняют воздух через фильтры. Один из таких архивов, который с 1960-х годов хранился в подвале Шведского агентства оборонных исследований (FOI), и стал основой нового исследования. Когда исследователь Пер Стенберг узнал о забытой коллекции, он вместе с коллегой Матсом Форсманом сразу понял, какой потенциал в ней скрыт.

Фильтры поступали с мониторинговой станции неподалеку от города Кируна на севере Швеции. Неделя за неделей они «ловили» ДНК растений, грибов, насекомых, микробов, птиц, рыб и млекопитающих, включая лосей и северных оленей. Расшифровав генетический материал, команда смогла выявить около 2700 групп организмов в окрестностях станции и проследить, как менялось их присутствие практически по неделям на протяжении 34 лет. Исследователи отмечают, что им повезло: фильтры не только сохранили, но и были сделаны из материала, который хорошо удерживает ДНК.

Самые заметные выводы касаются динамики биоразнообразия. Данные показывают выраженное снижение с 1970-х до начала 2000-х годов. Особенно сильно просели виды, связанные с березовыми лесами, в том числе некоторые лишайники и грибы. При этом авторы подчеркивают: одним только изменением климата такую картину объяснить не получается. По их оценке, наиболее вероятное объяснение лежит в плоскости человеческого влияния, например в практиках лесоуправления и хозяйственной деятельности.

Ранее ученые уже анализировали ДНК, «собранную» из воздуха, но здесь решающими стали масштаб и глубина. Команда совместила массовое секвенирование с машинным обучением для идентификации организмов и моделированием воздушных потоков, чтобы понять, откуда именно мог прийти тот или иной генетический след. Сравнение с традиционными полевыми наблюдениями показало хорошее совпадение результатов, что подтверждает: метод способен фиксировать не только факт присутствия вида, но и изменения численности.

Авторы считают, что у подхода большой практический потенциал. Там, где наблюдения вести сложно, дорого или просто некому, сети станций с фильтрами могут стать глобальной системой наблюдения за биоразнообразием, в том числе в удаленных и слабо изученных регионах. Более того, такой анализ способен отслеживать генетическое разнообразие, а также выявлять появление инвазивных видов и патогенов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.