Специальный беспилотник собирает эДНК с ветвей деревьев

Исследователи из ETH Zurich и Швейцарского федерального исследовательского института WSL, а также компания SPYGEN совместно разработали летающее устройство, которое может приземляться на ветви деревьев для взятия образцов ДНК. Разработка открывает новые возможности для исследователей биоразнообразия.

Экологи все чаще используют следы генетического материала, оставленного живыми организмами в окружающей среде, называемые экологической ДНК (эДНК), для каталогизации и мониторинга биоразнообразия. На основе этих следов исследователи могут определить, какие виды обитают на определенной территории.

Получить образцы из воды или почвы легко, но другие места обитания, например полог леса, труднодоступны для исследователей. В результате многие виды не отслеживаются в малоизученных районах.

Разработанный дрон оснащен клейкими полосками. Когда он приземляется на ветку, материал с ветки прилипает к этим полоскам. Затем исследователи могут извлечь ДНК в лаборатории, проанализировать ее и отнести к генетическим соответствиям различных организмов, используя сравнительный анализ базы данных.

Но не все ветви одинаковы, они различаются по толщине и эластичности. ПО летательного аппарата работает таким образом, чтобы он мог автономно приближаться к ветке и оставаться на ней устойчивым достаточно долго для взятия образцов.

«Посадка на ветки требует сложного управления, — объясняет Стефано Минчев, профессор в ETH Zurich и WSL. — Изначально дрон не знает, насколько гибкой является ветка, поэтому исследователи оснастили его датчиком силы. Это позволяет дрону измерять этот фактор на месте и включать его в свой маневр полета».

Исследователи протестировали свое новое устройство на семи видах деревьев. В образцах они обнаружили ДНК 21 отдельной группы организмов, включая птиц, млекопитающих и насекомых. «Это обнадеживает, поскольку показывает, что метод сбора работает», — говорит Минчев.

Теперь исследователи хотят усовершенствовать свой беспилотник, чтобы подготовить его к конкурсу, цель которого обнаружить как можно больше различных видов на 100 гектарах тропического леса в Сингапуре за 24 часа.

Чтобы проверить эффективность беспилотника в условиях, аналогичных тем, в которых он будет работать на конкурсе, Минчев и его команда в настоящее время работают в зоопарке Цюриха в тропическом лесу Масоала. «Здесь у нас есть преимущество — мы знаем, какие виды присутствуют, что поможет нам лучше оценить, насколько тщательно мы собираем все следы эДНК с помощью этой техники или что-то упускаем», — говорит Минчев.

Однако для этого мероприятия устройство сбора должно стать более эффективным и быстрым. В ходе испытаний в Швейцарии дрон собрал материал с семи деревьев за три дня, но в Сингапуре он должен будет способен собрать образцы с гораздо большего количества деревьев за один день.

Сбор образцов в естественном тропическом лесу, однако, ставит перед исследователями еще более сложные задачи, ведь частые дожди смывают эДНК с поверхностей. «Поэтому нам очень интересно узнать, сможет ли наш метод сбора образцов проявить себя в экстремальных условиях тропиков», — говорит Минчев.

Исследования опубликовано в журнале Science Robotics.