Анализ ДНК животных: Передовой инструмент для экологического восстановления в горном Ливане
Полное решение
Анализ ДНК из экскрементов млекопитающих с целью определения их пищевой сети
BCI
Понимание динамики хищник-жертва и сезонных колебаний пищевой сети позволяет получить ключевые сведения о функционировании экосистем. В Ливане, средиземноморском очаге изменения климата, для восстановления лесов традиционно использовались монокультуры, такие как сосна и кедр, которые ограничивают биоразнообразие и устойчивость. Более эффективный подход заключается в посадке видов, которые поддерживают дикую природу, особенно рассеивающих семена, чтобы способствовать естественному восстановлению. В нашем решении применяется штрих-кодирование ДНК и метабаркодирование для анализа экскрементов животных, что позволяет выявить виды растений, потребляемых и распространяемых дикими животными. Это позволяет выявить закономерности распространения семян и рацион питания животных в разные сезоны, что помогает лесоводам выбирать местные растения, способствующие восстановлению экосистем. Учитывая взаимодействие животных и растений, наш подход решает важнейшие экологические, социальные и экономические проблемы, повышая биоразнообразие, устойчивость лесов и результаты восстановления.
Последнее обновление: 10 Oct 2025
30 Просмотров
Премия Tech4Nature
Описание технологии
Этот проект сочетает в себе неинвазивный отбор проб экологической ДНК (эДНК) с передовым генетическим анализом экскрементов с помощью метабаркодирования - метода, позволяющего одновременно амплифицировать и секвенировать несколько ДНК-маркеров. В отличие от обычного анализа экскрементов, который часто направлен на один вид животных, наш подход к метабаркодированию позволяет составить полный профиль рациона питания, выявляя как личность животного, так и весь спектр видов, которые оно потребляло. Для поддержки этой работы мы разработали и опубликовали первую справочную библиотеку видов растений и животных, обитающих в Ливане и Восточном Средиземноморье, в открытом доступе, восполнив критический пробел в данных о региональном биоразнообразии и повысив точность идентификации.
Мы идентифицировали 18 видов млекопитающих, многие из которых являются эндемиками или находятся под угрозой исчезновения, причем хищники оказались ключевыми распространителями семян. Часто употребляемые семейства растений включали Apiaceae, Berberidaceae, Fabaceae, Fagaceae, Poaceae и Rosaceae. Полученные результаты помогают в восстановлении окружающей среды путем выявления видов, поддерживающих дикую природу, которые повышают устойчивость экосистем. Результаты исследования были доведены до сведения министерств сельского хозяйства и окружающей среды Ливана, включены в Национальный план действий по сохранению биоразнообразия и опубликованы в трех рецензируемых научных статьях.
Для обеспечения долгосрочного воздействия и наращивания местного потенциала мы запускаем региональную программу обучения, финансируемую КБР BBI и возглавляемую нашей исследовательской группой в Университете Святого Иосифа, с целью демократизации использования штрихового кодирования ДНК и метабаркодирования для сохранения биоразнообразия. Исследователи из Туниса, Кот-д'Ивуара, Иордании и Ливана пройдут обучение, в том числе и те, кто не имеет базовых знаний в области молекулярной биологии. Кроме того, мы организуем национальную конференцию для заинтересованных сторон в сфере биоразнообразия и охраны окружающей среды, чтобы рассказать о том, как штриховое кодирование ДНК и метабаркодирование могут способствовать выявлению инвазивных видов, обнаружению пищевого мошенничества, мониторингу биоразнообразия, открытию новых видов и оценке состояния экосистем. Наша лаборатория в Университете Святого Иосифа -"Сохранениебиоразнообразияот генов до экосистем", в которую входит команда BCI, - позиционирует себя как национальный и региональный центр ДНК-штрихкодирования и метабаркодирования. Он предоставляет как технические услуги для различных проектов, так и обучение для лабораторий, университетов и специалистов по охране природы, укрепляя местный опыт и долгосрочную устойчивость. Кроме того, в школах, университетах, фермерских сообществах и среди специалистов-практиков проводятся кампании по повышению осведомленности общественности, чтобы подчеркнуть важнейшую экологическую роль животных в стратегиях сохранения и восстановления природы.
Доноры и финансирование
Гранты FERI (КБР) и MEPI (посольство США): Предоставили существенное первоначальное финансирование, позволившее начать наши исследования и начать внедрение методов ДНК-штрихкодирования и метабаркодирования для экологического восстановления в Горном Ливане. Их поддержка заложила основу для создания первых справочных библиотек местных видов.
Исследовательский совет Университета Святого Иосифа: Оказал важнейшую финансовую поддержку, позволившую создать первую в Ливане справочную библиотеку ДНК, а также способствовал проведению обширных полевых работ, лабораторных анализов и интерпретации данных, необходимых для успешной реализации проекта.
BBI-CBD (Штриховое кодирование биоразнообразия в поддержку Конвенции о биологическом разнообразии): В настоящее время финансирует региональную программу обучения, направленную на демократизацию использования ДНК-штрихкодирования и метабаркодирования для сохранения биоразнообразия. Эта поддержка поможет расширить наше влияние за пределы Ливана и распространить его на другие страны Средиземноморья и Африки.
iBOL (International Barcode of Life Initiative): Оказывает поддержку в проведении штрихового кодирования насекомых в рамках второй фазы проекта. Благодаря этому партнерству наши данные вносятся в глобальные базы данных по биоразнообразию и укрепляют региональную интеграцию в международные усилия по сохранению природы.
Фотогалерея и видеогалерея
Контекст
Решаемые задачи
Наше решение направлено на решение неотложных экологических, социальных и экономических проблем Ливана, связанных с воздействием изменения климата на природные экосистемы. Являясь средиземноморским очагом изменения климата, Ливан сталкивается с частыми пожарами, запустением земель и потерей биоразнообразия, что ослабляет устойчивость лесов. Традиционное лесовосстановление, ориентированное на сосны и кедры, не отличается биоразнообразием и не поддерживает диких животных, необходимых для естественного восстановления. Проект диверсифицирует лесовосстановление, выбирая местные растения, которые привлекают и поддерживают диких животных, создавая самоподдерживающиеся, устойчивые к климатическим изменениям леса. В социальном плане деградировавшие леса влияют на сообщества, снижая уровень жизненно важных экосистемных услуг, таких как регулирование водных ресурсов и стабильность почвы. Восстановление биоразнообразия усиливает эти услуги, принося пользу сообществам и способствуя более тесной связи с местной природой. С экономической точки зрения, более здоровые, биологически разнообразные леса снижают будущие затраты на восстановление, повышают потенциал экотуризма и создают возможности для устойчивого дохода.
Расположение
Маунт-Лебанон, Ливан
Западная Азия, Ближний Восток
Процесс
Краткое описание процесса
Успех нашего решения обусловлен шестью взаимосвязанными элементами. Передовые методы ДНК-штрихкодирования и метабаркодирования обеспечивают точные, неинвазивные данные о биоразнообразии. Этому способствует первая в Ливане справочная библиотека местных видов с открытым доступом, которая в настоящее время расширяется за счет насекомых, птиц и грибов. Стратегическое партнерство со Смитсоновским институтом, iBOL и Университетом Святого Иосифа обеспечивает научную строгость и региональное лидерство. Полевые и лабораторные протоколы адаптированы к местным экологическим условиям, что повышает актуальность данных. Сотрудничество с министерствами, НПО и практиками позволяет воплотить полученные результаты в политике и практике восстановления, а информационные кампании способствуют вовлечению населения. Наконец, программы по наращиванию потенциала, финансируемые BBI-CBD, обучают региональных специалистов по охране природы, демократизируя молекулярные инструменты и обеспечивая долгосрочную устойчивость. Вместе эти элементы создают масштабируемую, научно обоснованную основу для эффективного восстановления биоразнообразия в средиземноморских экосистемах, уязвимых с точки зрения климата.
Строительные блоки
Разработка локализованной справочной библиотеки
Основой нашего решения стало создание всеобъемлющей справочной библиотеки ДНК местных видов растений и животных, находящейся в открытом доступе. Осознавая, что в глобальных базах данных отсутствует информация о многих видах Восточного Средиземноморья, мы создали первую ливанскую библиотеку, охватывающую растения, млекопитающих, а теперь еще и насекомых, птиц и грибы. Эта эталонная база данных повышает точность сопоставления последовательностей ДНК и позволяет точно идентифицировать виды, присутствующие в образцах окружающей среды. Она также восполняет критический пробел в региональных данных и облегчает проведение экологических исследований, мониторинг биоразнообразия и планирование природоохранных мероприятий. Публикуя библиотеку в открытом доступе, мы способствуем прозрачности, сотрудничеству и возможности адаптации в аналогичных горячих точках биоразнообразия.
Благоприятные факторы
Сильная институциональная поддержка со стороны Университета Святого Иосифа, сотрудничество с местными таксономистами и доступ к образцам были жизненно важны. Финансирование из первоначальных грантов позволило провести секвенирование. Приверженность принципам открытых данных обеспечила широкую доступность. Поддержка со стороны iBOL способствовала интеграции в глобальные базы данных, повышая полезность и наглядность.
Извлеченный урок
Создание надежной справочной библиотеки требует значительной координации между молекулярными учеными и таксономистами. Точная идентификация видов в значительной степени зависит от качества проверенных ваучерных образцов и метаданных. Этот процесс занимает много времени, но он необходим для получения значимых результатов метабаркодирования. Открытый доступ к библиотеке вызвал интерес и сотрудничество, но также подчеркнул необходимость постоянного обновления и расширения для охвата большего числа таксонов. Привлечение местных экспертов способствовало развитию чувства сопричастности и повышению научной достоверности данных, обеспечивая устойчивость библиотеки как национального ресурса.
Продвинутые методы ДНК-баркодирования и метабаркодирования:
ДНК-штрихкодирование и метабаркодирование - это передовые молекулярные методы, позволяющие точно идентифицировать виды по небольшим биологическим образцам, таким как экскременты животных. Штриховое кодирование нацелено на один вид путем секвенирования стандартного участка гена, а метабаркодирование амплифицирует несколько ДНК-маркеров одновременно, что позволяет проводить комплексный анализ сложных смесей. Эти методы позволяют детально изучить рацион питания животных, взаимоотношения хищников и жертв, а также схемы рассеивания семян без инвазивного отбора проб. В нашем исследовании эти методы были адаптированы к экологическому контексту Ливана, что позволило провести высокопроизводительную оценку биоразнообразия и выявить ключевые взаимодействия между фауной и флорой. Этот подход преодолевает ограничения традиционных экологических исследований и открывает новые возможности для мониторинга изменений биоразнообразия, особенно в регионах с дефицитом исходных данных.
Благоприятные факторы
Доступ к технологии высокопроизводительного секвенирования, опыт в области молекулярной биологии и наличие региональных эталонных библиотек позволили успешно реализовать проект. Сотрудничество с международными экспертами, такими как Смитсоновский институт, обеспечило методологическую строгость. Разработка протоколов, адаптированных к местным условиям и типам образцов, имела решающее значение для получения надежных результатов. Финансирование со стороны FERI и MEPI обеспечило необходимые ресурсы для создания и масштабирования молекулярных рабочих процессов.
Извлеченный урок
Мы узнали, что адаптация протоколов метабаркодирования ДНК к местным экологическим условиям очень важна для достижения максимальной точности данных. Предварительное создание всеобъемлющих эталонных библиотек имеет решающее значение для правильной идентификации видов. Раннее взаимодействие с молекулярными экспертами и международными партнерами ускорило передачу технологий и улучшило контроль качества. Мы также обнаружили, что неинвазивные методы отбора проб, такие как сбор экскрементов, могут дать богатые данные, но требуют строгих протоколов, чтобы избежать загрязнения. Наконец, интеграция этих молекулярных инструментов с традиционными экологическими знаниями усиливает интерпретацию и практическое применение для восстановления.
Стратегические международные и академические партнерства
Партнерство со Смитсоновским институтом, iBOL и Университетом Святого Иосифа сыграло ключевую роль в успехе нашего проекта. Смитсоновский институт предоставил передовой опыт в области методологии метабаркодирования и обеспечения качества, что позволило обеспечить строгое применение анализа ДНК. iBOL поддерживает расширение усилий по штриховому кодированию, особенно насекомых, связывая наши региональные данные с глобальными инициативами в области биоразнообразия. Университет Святого Иосифа руководит реализацией исследований и наращиванием потенциала, обеспечивая региональную ответственность и преемственность. Это сотрудничество объединяет глобальные знания с местным экологическим и институциональным контекстом, обеспечивая инновации и масштабируемость.
Благоприятные факторы
Ключевую роль сыграли долгосрочные отношения сотрудничества, общие научные цели и взаимное доверие. Международное финансирование и техническая помощь способствовали обмену знаниями. Присутствие специализированной местной исследовательской группы способствовало коммуникации и реализации проекта. Общая приверженность открытым данным и наращиванию потенциала способствовала укреплению партнерских отношений.
Извлеченный урок
Прочные партнерские отношения требуют постоянного общения, уважения к местным условиям и четкого распределения ролей. Международное сотрудничество ускоряет передачу технологий, но для обеспечения устойчивости его необходимо сочетать с наращиванием местного потенциала. Мы поняли, как важно соблюдать баланс между глобальными научными стандартами и региональными экологическими реалиями. Официальные соглашения и совместное планирование помогли согласовать ожидания. Интеграция различных экспертных знаний - от молекулярной биологии до экологии и политики - усилила воздействие проекта. Наконец, эти партнерства открыли возможности для будущих исследований и расширили сети охраны природы.
Взаимодействие с заинтересованными сторонами и мобилизация знаний
Значимое взаимодействие с министерствами окружающей среды и сельского хозяйства Ливана, местными НПО, специалистами-практиками и сообществами обеспечило научное обоснование политики и практики восстановления. Благодаря четкому изложению результатов и совместной работе мы помогли включить молекулярные данные в Национальный план действий по сохранению биоразнообразия. Информационные кампании были направлены на школы, университеты, фермеров и землеустроителей, повышая понимание экологической роли животных в восстановлении лесов. Такая мобилизация знаний способствует формированию местной ответственности, принятию решений на основе фактических данных и увязыванию научных данных с общественными потребностями для обеспечения долгосрочной устойчивости экосистем.
Благоприятные факторы
Прочные отношения с государственными учреждениями и НПО способствовали укреплению доверия. Четкие и доступные коммуникационные материалы и семинары способствовали пониманию. Вовлечение местных сообществ обеспечило актуальность. Институциональная поддержка обеспечила интеграцию в национальные планы. Финансирование позволило проводить информационно-пропагандистские мероприятия.
Извлеченный урок
Эффективное взаимодействие с заинтересованными сторонами требует постоянного диалога и адаптированных стратегий коммуникации для различных аудиторий. Мы обнаружили, что сочетание научной строгости с доступным языком позволяет преодолеть разрыв между наукой и политикой и практикой. Заблаговременное привлечение министерств и НПО повышает эффективность использования результатов. Информационные кампании необходимы для того, чтобы способствовать изменению поведения и подчеркнуть часто игнорируемую роль животных в восстановлении экосистем. Постоянное сотрудничество обеспечивает влияние полученных результатов на политику и решения по управлению земельными ресурсами. Мы также узнали, что подходы, основанные на широком участии, расширяют возможности сообществ, обеспечивая социальную приемлемость и устойчивость решений.
Наращивание потенциала и региональные учебные программы
Наращивание местного и регионального опыта в области ДНК-штрихкодирования и метабаркодирования жизненно важно для устойчивого сохранения биоразнообразия. При поддержке финансирования BBI-CBD наши учебные программы рассчитаны на специалистов-практиков в области охраны природы из Ливана, Туниса, Кот-д'Ивуара и Иордании, включая тех, кто не имеет опыта работы с молекулярной биологией. Эти практические семинары охватывают сбор образцов, лабораторные методы, анализ и интерпретацию данных, что дает участникам возможность самостоятельно применять молекулярные инструменты в своих условиях. Наращивание потенциала обеспечивает демократический доступ к инновационным технологиям, способствует региональному сотрудничеству и обеспечивает непрерывность после окончания жизненного цикла проекта.
Благоприятные факторы
Финансирование от BBI-CBD и институциональная поддержка Университета Святого Иосифа позволили разработать программу. Опытные тренеры и адаптированные учебные программы учитывают особенности разных стран. Региональный отбор участников способствует межстрановому обмену знаниями. Постоянная поддержка и последующие действия укрепляют результаты обучения.
Извлеченный урок
Мы узнали, что для успешного наращивания потенциала необходимы гибкие модели обучения, учитывающие различный опыт участников. Практическая работа в сочетании с теоретическими знаниями повышает эффективность обучения. Создание региональной сети способствует взаимному обучению и сотрудничеству. Последующая поддержка и повторные занятия важны для достижения устойчивого эффекта. Обучение должно сопровождаться доступными ресурсами и инструментами, позволяющими применять их в реальной жизни. Привлечение слушателей в качестве будущих инструкторов многократно увеличивает пользу и способствует национальной и региональной самодостаточности в области мониторинга биоразнообразия.
Воздействие
Воздействие на окружающую среду: Проанализировав экскременты животных, мы определили рацион 18 видов млекопитающих в Ливане, что позволило получить критическое представление о местных пищевых сетях и схемах распространения семян. Это понимание позволило нам выбрать 5 ключевых семейств растений для приоритетного восстановления окружающей среды, обеспечивая потребление и распространение этих видов дикими животными, что способствует естественному восстановлению и биоразнообразию. Кроме того, мы создали справочную библиотеку ДНК-штрих-кодов для 52 местных ливанских растений, создав ценный ресурс для текущих и будущих проектов восстановления, направленных на укрепление популяций местных растений.
Социальное воздействие: Местные жители получают выгоду от улучшения экосистемных услуг, предоставляемых восстановленными лесами, включая улучшение регулирования водных ресурсов, стабильности почвы и природной красоты, что укрепляет их культурную связь с землей. Привлекая местную НПО для реализации стратегий восстановления, основанных на научных данных, наш проект способствует развитию чувства ответственности и расширению прав и возможностей местных жителей, поощряя устойчивые методы землепользования.
Экономические последствия: Восстановление биологически разнообразных лесов снижает будущие затраты, связанные с борьбой с эрозией, предотвращением пожаров и восстановлением среды обитания. Кроме того, устойчивые экосистемы повышают потенциал экотуризма, создавая возможности устойчивого дохода для местных сообществ.
Бенефициары
Биоразнообразие в целом:
Решение напрямую способствует сохранению биоразнообразия за счет улучшения экологического понимания взаимодействия видов, в частности, рассеивания семян и динамики хищник-жертва. Выявляя ключевые виды растений и животных, которые поддерживают функционирование экосистем, проект повышает устойчивость лесов, способствует восстановлению видов, находящихся под угрозой исчезновения, и укрепляет местное биоразнообразие в средиземноморской зоне, подверженной изменению климата.
Национальные цели Ливана в области охраны природы:
Результаты нашей работы были доведены до сведения министерств окружающей среды и сельского хозяйства и включены в Национальный план действий по сохранению биоразнообразия Ливана. Проект поддерживает национальные и международные цели по сохранению природы, в том числе в рамках Конвенции о биологическом разнообразии (КБР), путем повышения доступности данных, планирования восстановления и механизмов мониторинга.
Местные сообщества:
Общины, проживающие вблизи мест восстановления, получают выгоду от улучшения экосистемных услуг (например, задержка воды, борьба с эрозией, качество воздуха) и новых экономических возможностей, таких как экотуризм и устойчивое сельское хозяйство. Образовательные и просветительские кампании также способствуют укреплению бережного отношения к окружающей среде и культурных связей с землей.
Специалисты-практики и природоохранные организации:
В рамках проекта специалисты-практики получили научно обоснованные передовые методы экологического восстановления, в том числе информацию о том, каким видам местных растений следует отдавать предпочтение, чтобы привлечь диких животных и способствовать регенерации. НПО, государственные учреждения и организации, занимающиеся лесовосстановлением, теперь имеют доступ к первой в Ливане справочной библиотеке ДНК и приглашаются на предстоящие тренинги и занятия по наращиванию потенциала под руководством нашей команды.
Кроме того, объясните потенциал масштабируемости вашего решения. Можно ли его тиражировать или распространить на другие регионы или экосистемы?
Да, наше решение имеет большой потенциал для масштабирования и может быть расширено на национальном и международном уровне для поддержки целей восстановления экосистем. Благодаря интеграции метабаркодирования ДНК с индивидуальными стратегиями лесовосстановления, этот научно обоснованный подход может быть адаптирован к широкому спектру экосистем и горячих точек биоразнообразия. Масштабируемость осуществляется по двум основным направлениям: Во-первых, на региональном уровне лаборатория Университета Святого Иосифа -"Сохранениебиоразнообразияот генов до экосистем" - можетслужить центральным узлом для обработки образцов и получения данных о биоразнообразии в странах Восточного Средиземноморья, определяя адаптированные к местным условиям стратегии восстановления. Во-вторых, наша программа обучения, финансируемая BBI-CBD, дает возможность ученым и практикам из таких стран, как Тунис, Иордания и Кот-д'Ивуар, самостоятельно проводить анализ ДНК, способствуя долгосрочной независимости и развитию местного опыта. Кроме того, этот подход можно масштабировать биологически, расширяя целевые виды за счет включения грибов, птиц, насекомых и других местных таксонов, что повышает эффективность оценки биоразнообразия и мониторинга экосистем. Такой двойной подход обеспечивает как распространение технической информации, так и биологический охват, что делает его мощной моделью, соответствующей глобальным целям, таким как КБР и Десятилетие ООН по восстановлению экосистем.
Глобальная рамочная программа по биоразнообразию (ГРП)
Задача 1 ГБФ - планирование и управление всеми территориями для сокращения потерь биоразнообразия
Задача 2 ГБФ - Восстановить 30% всех деградированных экосистем
Задача 3 ГБФ - сохранить 30% земель, вод и морей
Задача 4 ГБФ - остановить вымирание видов, сохранить генетическое разнообразие и урегулировать конфликты между человеком и дикой природой
Задача 8 ГБФ - Минимизация воздействия изменения климата на биоразнообразие и повышение устойчивости
Задача 10 ГБФ - Повышение биоразнообразия и устойчивости в сельском хозяйстве, аквакультуре, рыболовстве и лесном хозяйстве
Задача 11 ГБФ - Восстановление, поддержание и улучшение роли природы для людей
Задача 14 ГБФ - Интегрировать биоразнообразие в процесс принятия решений на каждом уровне
Задача 20 ГБФ - Усилить создание потенциала, передачу технологий и научно-техническое сотрудничество в области биоразнообразия
Задача 21 ГБФ - Обеспечить наличие и доступность знаний для руководства действиями по сохранению биоразнообразия
Задача 22 ГБФ - Обеспечить участие в принятии решений и доступ к правосудию и информации, связанной с биоразнообразием, для всех
Цели устойчивого развития
ЦУР 3 - Хорошее здоровье и благополучие
ЦУР 13 - Действия в области климата
ЦУР 15 - Жизнь на земле
ЦУР 17 - Партнерство для достижения целей
История
анализ пищевой сети для различных животных на основе метода метабаркодирования
BCI
В Ливане лишь немногие организации применяют научно обоснованные решения в полевых условиях, а отсутствие единого руководства приводит к тому, что стратегии восстановления становятся разрозненными и нескоординированными. Местные НПО часто занимаются лесовосстановлением и восстановлением экосистем без связи с министерствами и другими сторонами, что затрудняет создание целостного, устойчивого воздействия. Учитывая, что изменение климата представляет серьезную угрозу для биоразнообразия и экосистем, мы поняли, что это крайне важно: лесовосстановление должно быть более стратегическим, с использованием видов растений, привлекающих диких животных и поддерживающих естественное возобновление, чтобы создать самоподдерживающиеся леса, устойчивые к климатическим нагрузкам.
В условиях финансового кризиса, политической нестабильности и экологических проблем мы продолжали двигаться вперед. Сотрудничество со Смитсоновским институтом стало поворотным моментом: они помогли нам приспособить методы метабаркодирования ДНК для анализа местных экосистем. Вместе мы разработали научно-ориентированный подход, который позволил бы обеспечить поддержку биоразнообразию и взаимодействию местных диких животных.
Несмотря на хаос, наша команда стала центром природоохранных исследований и генетической характеристики биоразнообразия Ливана. Видеть, как другие организации и местные заинтересованные стороны признают важность научно обоснованного подхода, было вдохновляюще. Сегодня мы не просто сажаем деревья, мы выращиваем устойчивые экосистемы и закладываем основу для устойчивого экологического будущего Ливана.