動物在空氣中留下了DNA，所以我們能更快找到它？

世界各地的生物學家和博物學家在20年前發起了一項頗有野心的專案，倡導建立全球生物物種名錄。正如他們所說的，如果人們不知道地球上存在這些生物，就不可能想去拯救它們。

即使是最樂觀的估計也表明，目前科學界僅知道全球所有生物物種的四分之一。隨著物種滅絕速度的加快，這引發了人們對保護全球生態系統的擔憂。

事實上，這些專案開展得非常緩慢，主要是因為鑑定和描述物種極其困難，而且在很多情況下，採集生物樣品進行DNA測序並不是一件容易的事。好訊息是，現在出現了一種新的編目全球物種的方法：從稀薄的空氣中提取DNA。

這項技術是從此前科學家提出的環境DNA（eDNA）技術衍生而來的。eDNA技術是指收集並分析水、土壤等環境中樣品的DNA，其中這些DNA片段來自周圍環境中的生物釋放的DNA。因此，從一個地點的空氣中提取的環境DNA能提供生活在這片區域的大量物種的基因資訊。

鑑定昆蟲物種的難度是出了名的，因為對於昆蟲來說，傳統的DNA測序方法往往會導致昆蟲死亡，但eDNA技術或許是獲取昆蟲物種DNA資訊的好方法。此外，相比於分別收集和測序一種生物的DNA，分析環境DNA更加快速、成本更低且能一次獲取環境中多個物種的資料。

《當代生物學》（Current Biology）雜誌上發表了兩項檢驗eDNA技術的研究。這兩項研究分別選擇了兩個絕佳的研究地點——丹麥哥本哈根動物園和英國哈默頓動物園。研究人員很清楚這兩個動物園裡生活的物種及其數量，因此有助於評估eDNA方法的準確性。

這兩支研究團隊分別採用不同的方法來提取空氣中的DNA——真空泵或鼓風機配套的空氣過濾器。在提取到足夠多的DNA後，這兩支團隊都透過測序空氣中的DNA鑑定出了動物園中的許多物種，甚至包括生活在室內或是在取樣地點幾百米以外的物種。

研究人員還採集到了動物園之外的物種的基因資訊：英國的研究團隊檢測到了在英國瀕臨滅絕的西歐刺蝟（Eurasian hedgehog），而丹麥的研究團隊發現了松鼠和貓的DNA。

研究人員認為，eDNA技術革新了監測生物多樣性的方式——與其他技術不同的是，在科學家收集生物DNA的時候，動物不需要出現在取樣地點。

英國約克大學的分子生態學家伊麗莎白·克萊爾（Elizabeth Clare，是在英國開展的研究的共同作者）說：“如果你採用的是相機陷阱法，那麼動物就必須出現在相機的前方，因為你是無法捕捉到相機後方的動物的。如果要用錄音或目測調查的方法，動物也必須出現在研究地點。但eDNA更像是一種足跡，這是一種完全不同的資料型別。這時候，動物並不一定要在取樣點，你也更有可能捕捉到一些意想不到的資訊。”

在英國生態學會舉辦的2021年年度會議上，來自瑞典隆德大學的科學家介紹了他們從空氣中提取DNA的專案，該專案仍處於概念驗證階段。生態學家費邊·羅格（Fabian Roger，現就職於瑞士蘇黎世聯邦理工大學）和同事在瑞典南部的3個野外地點採集並測序了空氣中的DNA後，鑑定出了85個昆蟲物種（包括蝴蝶、甲蟲、螞蟻、蒼蠅），和9個非昆蟲類物種（例如蛙類和鳥類）。這與傳統研究方法得到的結果相比遺漏了一些物種，但也發現了其他方法沒有檢測到的物種。

羅格表示，當他在瑞典隆德大學從事監測水生生態系統的研究時，就希望找到新的物種，但那時獲得有關生物多樣性的資料十分困難。據估計，在全世界550萬種昆蟲中，科學家只描述了100萬種。羅格也表示擔憂：“最近的研究顯示，昆蟲的生物量減少了70%，但我們卻極度缺乏相關的資料。”這也促使他轉向從空氣中提取環境DNA的新方法。

此前，有科學家主要研究土壤和水體樣品的DNA，還有科學家透過分析花朵樣品上的DNA，發現了曾落在花朵身上的授粉物種。

丹麥哥本哈根大學的生態學家克里斯廷·博曼（Kristine Bohmann，是在丹麥開展的研究的共同作者）表示，她也曾分析過從糞便樣品中獲得的DNA。但相比於此前的eDNA技術，只需檢測空氣就能監測生物多樣性的方法是一個令人振奮的進展。博曼也說：“是時候開始從空氣中提取DNA了。”它還有可能加快環境保護工作的進展。

然而，關於空氣中的eDNA仍然存在幾個問題。第一，我們並不清楚遺傳物質能夠在空氣中存在多長時間。研究人員檢測到的究竟是近期還是幾個月前的DNA呢？有研究在多年凍土層中，發現了遠至1萬年前、已經腐爛的生物體的完整的DNA序列。但在其他環境下，例如，如果暴露在太陽紫外線輻射下，DNA可能很快就會分解。

另外一個問題與物種丰度（群落內物種的數目）有關：一個物種的DNA訊號更大，意味著更大的物種丰度，還是僅僅表明這個物種恰好離取樣點更近？克萊爾說，這是eDNA研究領域最熱門的話題之一：“簡單來說，除非你能嚴格控制實驗條件，否則不可能透過檢測空氣中的DNA知道物種的丰度。”

儘管如此，利用空氣中的環境DNA來遠端監測生物多樣性具有巨大的應用價值。一個由空氣收集站組成的全球網路可以讓農民知道他們的田裡有入侵生物，也可以在一個地方發現瀕危鳥類後告知科學家。它還能讓我們快速且低成本地獲取環境中的物種資訊，從而使人們不用再費時費力地去難以到達的地方收集樣品。

博曼曾經過長途跋涉、深入非洲馬達加斯加的森林，有意把水蛭吸引過來，以獲取並分析這種吸血動物胃裡的DNA，從而加深對它們的瞭解。博曼說：“如果不用做‘人肉誘餌’就能在我的電腦上遠端得到檢測的結果，那該多麼美好。”

編輯：王星

轉載：環球科學

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