新奇風科學家從空氣中成功提取到動物DNA，或可監(jiān)測“隱藏”瀕危物種

研究人員對空氣進行采樣以獲取環(huán)境DNA

近日，有研究表明，空氣中自由漂浮的DNA可用于追蹤野生動物，包括瀕危或入侵物種，而無需直接觀察它們。

有趣的是，兩個獨立團隊同時對這項研究發(fā)起了挑戰(zhàn)，他們分別來自丹麥哥本哈根大學和英國倫敦瑪麗女王大學。

“我們決定賭一把，我們不愿意在這個項目上競爭。兩個團隊都非常渴望看到這項技術(shù)的發(fā)展?！眮碜杂难芯繄F隊表示。因此，他們決定共同投稿。

2022年1月6日，相關(guān)研究以論文形式發(fā)表在Current Biology期刊，該論文以《從空氣中的DNA測量生物多樣性》為題，通訊作者為英國倫敦瑪麗女王大學的分子生態(tài)學家伊麗莎白·克萊爾。

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使用從空氣采樣中收集的DNA在動物園的不同地點確定的物種

這項研究涉及到一個很重要的科學概念，即環(huán)境DNA。

據(jù)了解，環(huán)境DNA是“樣品環(huán)境里不同生物的基因組DNA的混合”，它涵蓋的范圍非常廣泛，無論是土壤、空氣、液體，甚至是排泄物，都可以從中找到可作為樣品的環(huán)境DNA。

換句話說，動物只要在某個地方生活，或者僅僅只是停留，必定會留下各種痕跡，而這些痕跡里通常都會攜帶該動物脫落的DNA。

對于環(huán)境DNA的研究和運用，最為人們津津樂道的是，2018年美國科學家通過檢測環(huán)境DNA確定了一頭斑鱉的存在，而此前全球已知的斑鱉只有三頭。

目前，環(huán)境DNA已經(jīng)成為科學家們獲取生物信息的重要途徑。某種程度上，其甚至改變了傳統(tǒng)動物種群的監(jiān)測、管理和保護方式，因為研究人員僅僅通過采集土壤或水樣就可以了解整個生態(tài)系統(tǒng)。

但是，科學家們一直有個疑惑，即空氣是否能提供與土壤、水同等水平的信息呢？

此前，針對這個問題，英國的一個團隊通過在實驗室環(huán)境中從嚙齒動物的洞穴中采樣空氣，從而檢測到了裸鼴鼠的DNA。此外，他們還檢測到了人類DNA，其可能來自在實驗室工作的研究人員。

該項研究意味著從空氣中提取DNA以追蹤野生動物或?qū)⒊蔀榭赡堋５怯蟹磳σ庖姺Q，在野外露天的復(fù)雜環(huán)境下，這種檢測方法將毫無作用，因為空氣中存在太多的不確定因素。

“與人們在河流和湖泊中發(fā)現(xiàn)的東西相比，監(jiān)測空氣中的DNA真的非常困難，因為空氣中的DNA似乎被超級稀釋了?！笨巳R爾說道。

為了進一步測試這項技術(shù)，此次兩個獨立研究小組不約而同地使用了同一個包含明確主題的環(huán)境：分別位于英格蘭和丹麥的動物園。

研究人員們使用了一個帶過濾器的風扇，從動物園內(nèi)部和周圍吸入空氣，并讓它持續(xù)運行了一段時間。

“在空氣過濾后，我們從過濾器中提取DNA，并使用聚合酶鏈式反應(yīng)擴增技術(shù)復(fù)制了大量動物DNA。經(jīng)過DNA測序之后，我們處理了數(shù)以百萬計的序列，并最終將它們與一個DNA參考數(shù)據(jù)庫進行比較，以確定動物物種?！备绫竟髮W遺傳學家克里斯蒂娜·艾拉斯·林加德在接受媒體采訪時介紹道。

值得一提的是，聚合酶鏈式反應(yīng)擴增技術(shù)與許多COVID-19測試中使用的技術(shù)相同。

最終，研究人員識別出了英國的25個物種和丹麥的49個物種。其中，英國的研究里，已確定的物種中有8種動物并不是來自動物園，而是來自周邊地區(qū);同樣，在丹麥的研究中也發(fā)現(xiàn)了6種非動物園動物。

“我們在這里展示的是，我們可以在有效的自然條件下檢測到各種各樣的動物生命，”克萊爾在一封電子郵件里說道，“我們發(fā)現(xiàn)了許多動物園物種，但也發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)的幾種原生物種，包括松鼠和刺猬。我們還發(fā)現(xiàn)了一些提供給動物園動物的食物?！?/p>

那么相比于早期的裸鼴鼠實驗，該研究有何差異呢？

克萊爾指出，最大的不同之處在于團隊離開了實驗室里精心控制的情況，并進入了英國鄉(xiāng)村去嘗試接觸一切的不可控因素，而這正是一個完整的生態(tài)調(diào)查的一部分。比如，這項測試是在冬天進行的，因此該團隊便遭遇了雨、雪、風等不同氣候下的溫度波動。

幸運的是，該項動物園研究在不同的樣本、基因、地點和實驗方法上都沒有失敗，所有的測試結(jié)果都被證實是非常有效的。

這也意味著該研究不僅突破了環(huán)境DNA可以做什么的界限，而且還展示了一種新穎的非侵入性工具來補充現(xiàn)有的監(jiān)測陸生動物的方法，這對于動物保護工作來說非常重要。

“捕獲來自脊椎動物在空氣中傳播的環(huán)境DNA，甚至有可能使我們探測到那些看不到的瀕危動物。”哥本哈根大學研究團隊負責人克里斯汀·博曼說道。

通常，一個物種越接近滅絕，就越難以對其進行監(jiān)測，而空氣中的環(huán)境DNA將使保護工作更容易。比如，追蹤最后的小頭鼠海豚，或者解決關(guān)于象牙嘴啄木鳥命運的爭論等問題。

在克萊爾看來，也許環(huán)境DNA的最新創(chuàng)新會比人們想象的更早發(fā)生，就像水性DNA迅速成為一種廣泛使用的保護方法一樣。

除此之外，該方法還可用于評估生態(tài)環(huán)境，以及延伸到一些特殊的應(yīng)用，比如對犯罪現(xiàn)場的空氣進行分析，以捕捉嫌疑人遺留的DNA。（摘自美《深科技》）（編輯/多洛米）