Інноваційний підхід до екологічного моніторингу: точність прогнозів чисельності китів зросла на 53%

Група морських біологів зі Скріппсовського інституту океанографії при Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго та статистиків із Каліфорнійського політехнічного державного університету розробила новий підхід для покращення оцінювання даних про популяції китів.

Джерело: phys.org

Зазвичай учені контролюють присутність цих тварин за допомогою традиційних методів, таких як візуальні спостереження, фотоідентифікація, акустичний моніторинг, супутникові знімки та геномні дослідження. Проте моніторинг часто ускладнюється через широкі зони міграції ссавців та їхнє лише періодичне появу на поверхні води. Використовуючи інноваційну альтернативу, дослідники вивчили мікробні екологічні середовища як високоточні предиктори того, скільки китів-фільтраторів перебувало біля узбережжя Каліфорнії від Сан-Дієго до Морро-Бей у період між 2014 і 2020 роками.

Вусаті кити, зокрема сині, фінвали та горбачі, регулярно мігрують уздовж каліфорнійського узбережжя та харчуються щільними скупченнями їжі. Фільтри їхнього ротового апарату діють як сито, коли тварина заковтує величезну кількість води, після чого виштовхує її язиком, затримуючи всередині криль, зоопланктон та дрібну рибу. Спільно досліджуючи мікроорганізми, пов’язані з вусатими китами, фахівці розробили моделі даних для прогнозування присутності ссавців на основі мікробної та планктонної інформації. У роботі, опублікованій у журналі PLOS One, використано дані найстарішої у світі програми моніторингу морських екосистем — Каліфорнійського кооперативного дослідження океанічного рибного господарства (CalCOFI), яка діє вже 77 років.

Доцент кафедри статистики Каліфорнійського політехнічного державного університету Тревор Руїз зазначив, що концепція проєкту полягала в пошуку непрямого сигналу, заснованого на екологічних взаємозв'язках у мікробних спільнотах води та їхній реакції на макроорганізми. Вчені розробили індивідуальний підхід, який можна перенести на прогнозування за мікробними даними у ширшому масштабі, а також надали портативне програмне забезпечення для полегшення роботи іншим дослідникам. Команда статистиків розробила моделювання за допомогою інструментів комп'ютерного аналізу даних у тісній координації з морськими екологами Скріппсовського інституту океанографії, які керували біологічними аспектами процесу. Співавтор дослідження Нік Патрік додав, що об'єднання фахівців із різних галузей дозволило створити унікальний фінальний продукт.

Морська екологиня Ерін Саттертуейт розповіла, що вчені порівняли дані візуальних спостережень за китами зі зразками морської води, проаналізованими на наявність мікробних і планктонних спільнот за допомогою екологічної ДНК (еДНК). При такому підході морську воду фільтрують, вилучають ДНК організмів, а потім ампліфікують і секвенують специфічні генетичні маркери. Це дозволяє ідентифікувати весь спектр присутніх організмів шляхом зіставлення послідовностей із референсними базами даних. Багато попередніх методів спиралися на непрямі екологічні показники, віддалені від реальної біології ссавців, тоді як використання еДНК дозволяє охарактеризувати структуру мікробного середовища і суттєво покращити прогнозування щільності китів.

Результати дослідження показують, що в середньому прогнози щільності китів на основі аналізу мікробних спільнот виявилися на 53% точнішими за традиційні прогнози. Ця праця доповнює зростаючу базу досліджень із використанням еДНК, які відкривають науковцям доступ до біології та екології океану. Моніторинг популяцій китів є важливим для вчених як загальний індикатор здоров’я океану, а також для кращого розуміння та регулювання антропогенного впливу, зокрема зіткнень із суднами, заплутування в тенетах та шумового забруднення. Нова методика допомагає детальніше збагнути, як саме великі морські ссавці пов’язані з мікроскопічним життям — бактеріями, фітопланктоном та зоопланктоном.

Оскільки фінансові витрати на технології зменшуються, а простота використання методів еДНК покращується, цей інструмент стає дедалі доступнішим для широкого спектра прикладних цілей. У ширшому контексті описаний підхід можна застосовувати для вивчення інших великих морських тварин, наприклад акул або великих риб відкритого океану. Це дозволить дослідникам створювати значно детальніші карти ареалів поширення різних морських видів, забезпечуючи ефективне керування ресурсами та захист біорізноманіття у вразливих акваторіях.