Дрон-натуралист будет исследовать биоразнообразие по следам ДНК на деревьях

Для каталогизации и мониторинга биоразнообразия экологи все чаще используют следы генетического материала под названием экологическая ДНК, которую живые организмы оставляют в окружающей среде.

На основе этих следов ДНК 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 остаются не отслеженными в малоизученных районах.

Исследователи из ETH Zurich и Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта WSL, а также компания SPYGEN совместно разработали специальный дрон, который может автономно собирать образцы на ветвях деревьев.

Как дрон собирает материал

Дрон оснащен клейкими полосками. Когда летальный аппарат приземляется на ветку, материал с ветки прилипает к этим полоскам. После возвращения дрона на базу исследователи могут извлечь ДНК в лаборатории, проанализировать ее и сопоставить с генетическими данными различных организмов, используя сравнительный анализ базы данных.

Но не все ветви одинаковы: они различаются по толщине и эластичности. Ветви также сгибаются и отскакивают, когда на них садится беспилотник. Серьезной проблемой для робототехников стало программирование летательного аппарата 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, — пояснил Стефано Минчев, профессор экологической робототехники 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 учитывать его при маневрировании.

Подготовка к работе в тропических лесах в зоопарке Цюриха

Исследователи протестировали свое новое устройство на семи видах деревьев. В образцах они обнаружили ДНК 21 отдельной группы организмов, или таксона, включая птиц, млекопитающих и насекомых.

Это обнадеживает, поскольку показывает, что метод сбора работает, — говорит Минчев, соавтор исследования, которое только что появилось в журнале Science Robotics.

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 проводят испытание в зоопарке Цюриха в тропическом лесу Масоала.

Сейчас у нас есть преимущество: мы знаем, какие виды здесь обитают, что поможет нам лучше оценить, тщательно ли мы собираем все следы эДНК с помощью этой техники или что-то упускаем, — говорит Минчев.

Чтобы иметь шансы на победу в конкурсе, устройство для сбора должно стать более эффективным и быстрее стартовать. В ходе испытаний на родине, в Швейцарии, дрон собрал материал с семи деревьев за три дня; в Сингапуре он должен суметь долететь и собрать образцы с десятикратно большего количества деревьев всего за один день.

Сбор образцов в естественном тропическом лесу, однако, ставит перед исследователями еще более сложные задачи. Частые дожди смывают эДНК с поверхностей, а ветер и облака препятствуют работе дрона.

Поэтому нам очень интересно узнать, сможет ли наш метод сбора образцов проявить себя в экстремальных условиях тропиков, — заключил Минчев.

18.01.2023