科学家从空气中成功提取到动物DNA或可监测“隐藏”濒危物种

研究人员对空气进行采样以获取环境DNA

近日，有研究表明，空气中自由漂浮的DNA可用于追踪野生动物，包括濒危或入侵物种，而无需直接观察它们。

有趣的是，两个独立团队同时对这项研究发起了挑战，他们分别来自丹麦哥本哈根大学和英国伦敦玛丽女王大学。

“我们决定赌一把，我们不愿意在这个项目上竞争。两个团队都非常渴望看到这项技术的发展。”来自英国的研究团队表示。因此，他们决定共同投稿。

2022年1月6日，相关研究以论文形式发表在Current Biology期刊，该论文以《从空气中的DNA测量生物多样性》为题，通讯作者为英国伦敦玛丽女王大学的分子生态学家伊丽莎白·克莱尔。

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使用从空气采样中收集的DNA在动物园的不同地点确定的物种

这项研究涉及到一个很重要的科学概念，即环境DNA。

据了解，环境DNA是“样品环境里不同生物的基因组DNA的混合”，它涵盖的范围非常广泛，无论是土壤、空气、液体，甚至是排泄物，都可以从中找到可作为样品的环境DNA。

换句话说，动物只要在某个地方生活，或者仅仅只是停留，必定会留下各种痕迹，而这些痕迹里通常都会携带该动物脱落的DNA。

对于环境DNA的研究和运用，最为人们津津乐道的是，2018年美国科学家通过检测环境DNA确定了一头斑鳖的存在，而此前全球已知的斑鳖只有三头。

目前，环境DNA已经成为科学家们获取生物信息的重要途径。某种程度上，其甚至改变了传统动物种群的监测、管理和保护方式，因为研究人员仅仅通过采集土壤或水样就可以了解整个生态系统。

但是，科学家们一直有个疑惑，即空气是否能提供与土壤、水同等水平的信息呢？

此前，针对这个问题，英国的一个团队通过在实验室环境中从啮齿动物的洞穴中采样空气，从而检测到了裸鼹鼠的DNA。此外，他们还检测到了人类DNA，其可能来自在实验室工作的研究人员。

该项研究意味着从空气中提取DNA以追踪野生动物或将成为可能。但是有反对意见称，在野外露天的复杂环境下，这种检测方法将毫无作用，因为空气中存在太多的不确定因素。

“与人们在河流和湖泊中发现的东西相比，监测空气中的DNA真的非常困难，因为空气中的DNA似乎被超级稀释了。”克莱尔说道。

为了进一步测试这项技术，此次两个独立研究小组不约而同地使用了同一个包含明确主题的环境：分别位于英格兰和丹麦的动物园。

研究人员们使用了一个带过滤器的风扇，从动物园内部和周围吸入空气，并让它持续运行了一段时间。

“在空气过滤后，我们从过滤器中提取DNA，并使用聚合酶链式反应扩增技术复制了大量动物DNA。经过DNA测序之后，我们处理了数以百万计的序列，并最终将它们与一个DNA参考数据库进行比较，以确定动物物种。”哥本哈根大学遗传学家克里斯蒂娜·艾拉斯·林加德在接受媒体采访时介绍道。

值得一提的是，聚合酶链式反应扩增技术与许多COVID-19测试中使用的技术相同。

最终，研究人员识别出了英国的25个物种和丹麦的49个物种。其中，英国的研究里，已确定的物种中有8种动物并不是来自动物园，而是来自周边地区；同样，在丹麦的研究中也发现了6种非动物园动物。

“我们在这里展示的是，我们可以在有效的自然条件下检测到各种各样的动物生命，”克莱尔在一封电子邮件里说道，“我们发现了许多动物园物种，但也发现了该地区的几种原生物种，包括松鼠和刺猬。我们还发现了一些提供给动物园动物的食物。”

那么相比于早期的裸鼹鼠实验，该研究有何差异呢？

克莱尔指出，最大的不同之处在于团队离开了实验室里精心控制的情况，并进入了英国乡村去尝试接触一切的不可控因素，而这正是一个完整的生态调查的一部分。比如，这项测试是在冬天进行的，因此该团队便遭遇了雨、雪、风等不同气候下的温度波动。

幸运的是，该项动物园研究在不同的样本、基因、地点和实验方法上都没有失败，所有的测试结果都被证实是非常有效的。

这也意味着该研究不仅突破了环境DNA可以做什么的界限，而且还展示了一种新颖的非侵入性工具来补充现有的监测陆生动物的方法，这对于动物保护工作来说非常重要。

“捕获来自脊椎动物在空气中传播的环境DNA，甚至有可能使我们探测到那些看不到的濒危动物。”哥本哈根大学研究团队负责人克里斯汀·博曼说道。

通常，一个物种越接近灭绝，就越难以对其进行监测，而空气中的环境DNA将使保护工作更容易。比如，追踪最后的小头鼠海豚，或者解决关于象牙嘴啄木鸟命运的争论等问题。

在克莱尔看来，也许环境DNA的最新创新会比人们想象的更早发生，就像水性DNA迅速成为一种广泛使用的保护方法一样。

除此之外，该方法还可用于评估生态环境，以及延伸到一些特殊的应用，比如对犯罪现场的空气进行分析，以捕捉嫌疑人遗留的DNA。