Считавшийся вымершим златокрот Винтона переоткрыт благодаря метагеномному анализу

Карта западного побережья Южной Африки. Хорошо видно, что ареал Cryptochloris wintoni, одного из видов златокротов, не попадавшегося на глаза ученым с 1930-х годов, сравнительно велик: его ДНК обнаружена во всех шести регионах отбора проб (L1–L6, число проб указано рядом с цветными точками). Размеры круговых диаграмм отражают количество гаплотипов цитохрома b, полученных из проб в каждом регионе, а цветные сектора — долю каждого из четырех исследуемых видов. В некоторых случаях различить два вида рода Cryptochloris не удалось, такие гаплотипы обозначены Cryptochloris sp. Рисунок из обсуждаемой статьи в Biodiversity and Conservation

За последние несколько лет метод мониторинга численности и распространения биологических видов путем метагеномного анализа — изучения проб экосистемной ДНК (эДНК) — привлек внимание ученых по всему миру, ведь он незаменим при поиске редких или ведущих скрытный образ жизни организмов. При этом большинство работ с использованием эДНК были сосредоточены на водных таксонах. Тем любопытнее выглядит исследование южноафриканских биологов, изучивших несколько десятков почвенных проб с юго-западного побережья Африки. Их целью было уточнить ареалы четырех видов златокротов (Chrysochloridae), один из которых — златокрот Винтона (Cryptochloris wintoni) — почти 90 лет не попадался на глаза исследователям. Благодаря «помощи» специально натренированной собаки и сохранившимся музейным образцам ученые смогли доказать, что редчайшее животное все еще прячется где-то в песчаных дюнах.

Еще лет тридцать назад для того, чтобы обнаружить редкий вид животных, ученым скорее всего пришлось бы полагаться на «дедовские» методы: собирать экспедиции, опрашивать местных жителей, часами искать отпечатки в грязи или любые другие следы жизнедеятельности. К сожалению, такая методика может быть абсолютно бесполезна в случае златокротов (Chrysochloridae) — своеобразных африканских млекопитающих, много времени проводящих под землей в поисках беспозвоночной добычи и появляющихся на поверхности разве что в период дождей.

Как и следует из названия, златокроты изрядно напоминают обыкновенных кротов (Talpidae), хотя генетически куда ближе к слонам и дюгоням. Поразительное внешнее сходство — результат конвергентной эволюции, то есть развития в схожих условиях среды, из-за чего у не связанных прямым родством видов подземных млекопитающих (в том числе цокоров, слепышей и сумчатых кротов) развились цилиндрической формы туловище, крошечные глаза и уши, мощные когти на лапах и так далее. Хотя златокроты не представляют особого хозяйственного интереса для человека, десять из 21 известного вида этих зверьков занесены в Красную книгу МСОП как находящиеся под угрозой исчезновения, поскольку люди разрушают их среду обитания при строительстве домов и инфраструктуры, добыче полезных ископаемых, обустройстве новых полей и пастбищ.

Чаще всего понять, что в какой-то местности обитают златокроты, можно лишь по таким странным на вид вздутиям в почве — их ходам, скрытым под слоем песка. Фото © tonyrebelo с сайта inaturalist.org

К сожалению, из-за малых размеров (редко какой зверек достигает в длину хотя бы пары десятков сантиметров) и скрытного образа жизни (в отличие от обыкновенных кротов, златокроты не пользуются прокопанными ходами дважды, ведь в песке те обрушиваются буквально за их спиной) златокроты все еще плохо изучены, и для эффективных мер по сохранению этих животных крайне необходимо уточнение данных об ареале разных видов, их экологии и численности. Один из наиболее перспективных способов мониторинга — регулярный отбор проб так называемой экосистемной ДНК (эДНК, environmental DNA, см. также Метагеномика). Ученых интересует генетический материал, извлеченный из частичек животных (выпавших волос, кусочков кожи, следов мочи...), обнаруженных в пробах воды или грунта. В зависимости от условий внешней среды, ДНК может сохраняться вне организма животного на разный срок, от нескольких часов до сотен или даже тысяч лет, как это происходит в вечной мерзлоте (P. Thomsen, E. Willerslev, 2015. Environmental DNA — An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity), и сбор образцов эДНК позволяет ученым отслеживать присутствие и численность животных без прямого контакта с ними, что может во многих отношениях революционизировать природоохранную науку и практику (K. Beng, R. Corlett, 2020. Applications of environmental DNA (eDNA) in ecology and conservation: opportunities, challenges and prospects).

До сих пор методы отбора проб эДНК в основном применялись для мониторинга водных таксонов, преимущественно рыб и амфибий, продемонстрировав высокую эффективность (B. Deutschmann et al., 2019. Assessing the fate of brown trout (Salmo trutta) environmental DNA in a natural stream using a sensitive and specific dual-labelled probe, N. Evans et al., 2017. Comparative Cost and Effort of Fish Distribution Detection via Environmental DNA Analysis and Electrofishing). Однако для изучения сухопутных видов эДНК практически не использовалась: ученые могли, к примеру, использовать эДНК из места водопоя для уточнения состава наземной фауны (M. Ushio et al., 2017. Environmental DNA enables detection of terrestrial mammals from forest pond water), но лишь немногие извлекали ее непосредственно из почвы (K. Andersen et al., 2011. Meta-barcoding of ‘dirt’ DNA from soil reflects vertebrate biodiversity).

Поскольку златокроты в обычных условиях не контактируют с открытыми источниками воды, ученые из нескольких научных центров и природоохранных фондов ЮАР решили сосредоточить внимание на образцах из грунта, особое внимание уделив одному виду, златокроту Винтона (Cryptochloris wintoni), которого в последний раз видели еще в 1937 году (тогда был добыт музейный экземпляр). Помимо него исследователи включили в работу еще три вида: капского златокрота (Chrysochromis asiatica) и златокрота Гранта (Eremitalpa granti), считающихся широко распространенными и сравнительно многочисленными, и редкого златокрота Ван Зила (Cryptochloris zyli), которого в последний раз видели в 2003 году.

Исследовательницы Саманта Минхардт (слева) и Эстер Мэтью (справа) со своей собакой Джесси, наученной распознавать запахи златокротов. К сожалению, больше Джесси не сможет помогать ученым в их работе — она умерла от рака в конце 2021 года. Фото © Nicky Souness с сайта news.mongabay.com

Работу пришлось провести масштабную: сборы образцов почвы велись в июне 2021 года вдоль юго-западного побережья ЮАР, от маленького городка Ламбертс-Бей на юге (только рядом с ним попадались златокроты Ван Зила) и до Порт-Ноллота на севере (в его окрестностях была зафиксирована встреча со златокротом Винтона); расстояние между этими населенными пунктами — почти четыреста километров. Для повышения эффективности поисков неуловимых златокротов Винтона исследователи прибегли к помощи другого млекопитающего, бордер-колли по кличке Джесси, которую обучили реагировать на запахи трех других видов златокротов, тоже встречающихся в этой местности и чьи сравнительно свежие шкурки хранятся в музейных коллекциях.

Обнаружив место, где были заметны норы златокротов, ученые предоставляли Джесси определить, знакомы ли ей запахи зверьков, после чего собирали образцы почвы, по возможности — с внутренней стороны проложенного хода. Всего было собрано 49 образцов эДНК, которые сгруппированы в шесть библиотек секвенирования (L1–L6 на рис. 1), представляющих отдельные географические регионы вдоль побережья. Особый интерес у ученых вызвала реакция Джесси, когда ей предложили определить присутствие известных ей златокротов у Порт-Ноллота: несмотря на прошедший дождь и хорошо различимые визуальные следы присутствия златокротов, собака не опознала в них ни один из известных ей запахов, так что исследователи предположили, что имеют дело с четвертым, незнакомым Джесси видом, — возможно, тем самым златокротом Винтона.

Поймать златокрота Винтона — та еще задачка: исследователи установили всего две ловушки в наиболее интересных точках, но, к счастью, смогли поймать в каждую по зверьку. У них были взяты образцы ДНК, после чего златокротов отпустили на волю. Обратите внимание на пушистую шкурку: цвет златокротов варьирует от бледно-желтого до черного, но почти у всех видов мех переливается на солнце благодаря маслянистому секрету кожи, делающему зверька скользким и облегчающим ему «плавание в песке». Фото © Nicky Souness с сайта news.mongabay.com

Однако для однозначной идентификации зверька пришлось провести генетический анализ собранных проб эДНК. Поскольку под воздействием внешних условий ДНК быстро распадается на мелкие фрагменты, исследователи сосредоточились на короткой (210 пар оснований) последовательности гена 12S рРНК, поскольку предыдущие исследования уже показали, что этот регион ДНК достаточно компактен и информативен для видового различения млекопитающих при анализе почвенных образцов (K. Leempoel et al., 2020. A comparison of eDNA to camera trapping for assessment of terrestrial mammal diversity). Также были использованы два дополнительных маркера, цитохром b и интрон 9 гена рецептора гормона роста (growth hormone receptor), поскольку эти последовательности для златокротов уже были известны и хранились в GenBank. Путем сравнения образцов из почвы с известными образцами из музейных коллекций удалось установить, что вдоль всего западного побережья ЮАР живут четыре вида златокротов: три вида, которые Джесси удалось опознать, и четвертый, о котором не знала собака, а генетики смогли лишь установить, что этот вид приходится близким родственником златокроту Ван Зила.

Но был ли это загадочный златокрот златокротом Винтона или представителем пятого, до сих пор не изученного вида? Ответить на этот вопрос удалось в 2022 году, сравнив эДНК неизвестного златокрота с ДНК единственного известного экземпляра златокрота Винтона, хранящегося в музее Порт-Ноллота: совпадение указало, что все эти без малого 90 лет неуловимый златокрот скрывался буквально под носом у людей, роя свои норы под пляжным песком. Также не исключено, что на самом деле ареал Cryptochloris wintoni гораздо шире: ДНК, потенциально принадлежащая данному виду, была обнаружена во всех шести регионах отбора образцов. Впрочем, однозначно говорить о благополучии златокрота Винтона не приходится: не во всех случаях можно было различить образцы, принадлежащие златокротам Винтона и Ван Зила, а их сравнительно малая численность, несмотря на сбор образцов в подходящих для рода Cryptochloris условиях (прибрежных песчаных дюнах), может говорить о низкой плотности популяций обоих видов.

Стоит отметить, что зона обитания златокрота Винтона у Порт-Ноллота сейчас никак не охраняется и находится под угрозой разрушения из-за городской застройки и близлежащей добычи алмазов, так что теперь главная задача биологов и защитников природы — уберечь от уничтожения хотя бы те узкие полосы песчаных пляжей, на которых редкие млекопитающие были обнаружены.

Источник: S. Mynhardt, E. Matthew, J. P. le Roux, I. Little, P. Bloomer, C. Theron. Environmental DNA from soil reveals the presence of a «lost» Afrotherian species // Biodiversity and Conservation. 2023. DOI: 10.1007/s10531-023-02728-2.

Анна Новиковская