Немногим более десяти лет назад исследователи начали анализировать следы ДНК в водоемах, чтобы идентифицировать обитающие в них организмы. Пробы так называемой средовой ДНК (environmental DNA, eDNA) из воды озер, ручьев и морей позволили отслеживать инвазивные виды, а также обнаруживать редкие организмы. Немногим позже ученые стали собирать образцы eDNA в воздухе и почве. Исследования средовой ДНК стали важным инструментом мониторинга биоразнообразия. На основе следов ДНК ученые могут определить, какие виды присутствуют в определенной области.
Добыть образцы из воды или почвы несложно — труднее получить доступ к другим местам обитания, таким как полог леса. В результате в малоизученных районах многие виды остаются неучтенными. Чтобы решить эту проблему, команда из Высшей технической школы Цюриха, Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта и компании SPYGEN создала специальный беспилотник, который может автономно собирать образцы ДНК с ветвей деревьев.
Беспилотник оснащен клейкими полосками. Когда он садится на ветку, материал с ветки прилипает к полоскам. Затем исследователи могут извлечь ДНК в лаборатории, проанализировать ее и сопоставить с базами данных.
Научить летательный аппарат автономно приближаться к ветке и оставаться на ней стабильно достаточно долго, чтобы взять образцы, стало серьезной задачей для робототехников. «Приземление на ветви требует сложного контроля», — говорит профессор экологической робототехники Стефано Минчев (Stefano Mintchev). Изначально дрон не знает, насколько гибка ветка, поэтому исследователи оснастили его приспособлением, позволяющим измерять эту характеристику и учитывать ее при маневрировании в полете.
Исследователи протестировали новое устройство на семи видах деревьев. В образцах они обнаружили ДНК 21 группы организмов, включая птиц, млекопитающих и насекомых. Теперь исследователи хотят еще больше усовершенствовать свой беспилотник, чтобы подготовить его к соревнованиям, целью которых является обнаружение как можно большего количества различных видов на 100 гектарах тропических лесов Сингапура за 24 часа.
Чтобы проверить эффективность беспилотника в условиях, аналогичных тем, в которых он будет находиться на соревнованиях, Стефано Минчев и его команда в настоящее время работают в павильоне Цюрихского зоопарка «Тропический лес Масоала» (назван в честь национального парка на Мадагаскаре). «Здесь у нас есть преимущество в том, что мы знаем, какие виды присутствуют, это поможет нам лучше оценить, насколько тщательно мы собираем все следы ДНК с помощью нашей техники, или мы что-то упустили», — говорит Минчев.
Во время домашних испытаний в Швейцарии дрон собрал материал с семи деревьев за три дня, в Сингапуре он должен будет собирать образцы с десятикратно большего количества деревьев всего за сутки. При этом сбор образцов в естественном тропическом лесу ставит перед разработчиками еще более сложные задачи. Частые дожди смывают ДНК с поверхностей, а ветер и облака мешают работе дрона. «Поэтому нам очень любопытно посмотреть, оправдает ли себя наш метод отбора проб в экстремальных условиях тропиков», — говорит Минчев.
Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.