動物園里的空氣充滿了各種氣味，從用作飼料的魚到食草動物的糞便。但你知道嗎，它也充滿了生活在那里的動物的DNA。在1月7日的細胞出版社（Cell Press）旗下期刊Current Biology （《當代生物學(xué)》）上，兩個研究小組各自發(fā)表了一項獨立的概念驗證研究，表明通過從當?shù)貏游飯@采集空氣樣本，他們就可以收集到足夠的DNA來識別附近的動物。這可能被證明是追蹤生物多樣性的一種有價值、非侵入性的工具。
“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動物。”哥本哈根大學(xué)研究團隊負責人Kristine Bohmann說。
陸生動物可以通過許多方式加以監(jiān)測：直接通過攝像機和現(xiàn)場觀察，或者間接通過它們留下的東西，比如腳印或糞便。這些方法的缺點是需要進行密集的野外工作，并且需要動物在場。例如，通過攝像機監(jiān)控動物需要知道在動物路徑上放置攝像機的位置，并從成千上萬張圖片中篩選，這通常還需要一點運氣。
“在我職業(yè)生涯的早期，我曾去過馬達加斯加，希望能看到很多狐猴。但實際上，我很少見到它們。相反，我只是聽到它們從樹冠上跳開。”Bohmann說，“所以，對許多物種來說，通過直接觀察發(fā)現(xiàn)它們需要做很多工作，尤其是如果它們神出鬼沒，生活在非常封閉或難以接近的棲息地。”
“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。”倫敦瑪麗女王大學(xué)研究小組的首席研究員Elizabeth Clare （Clare現(xiàn)在在多倫多約克大學(xué)）說，“但我們的動物園研究在不同的樣本、基因、地點和實驗方法上還沒有失敗。所有這些都非常有效。”
Bohmann和Clare通過收集含有動物脫落DNA的其他樣本，從他們過去監(jiān)測野生動物的研究中汲取了大量資源。這被稱為“環(huán)境DNA”或eDNA，是一種成熟的技術(shù)，最常見的是通過對水樣中的eDNA進行測序來監(jiān)測水生生物。
“空氣包圍著一切，我們希望在優(yōu)化對動物DNA的真實檢測的同時，避免樣本受到污染。” Bohmann說，“我們對空氣中eDNA的最新研究涉及到我們通常處理eDNA樣本時所做的事情，只是稍微調(diào)整了一下。”
每個研究小組都在當?shù)貏游飯@進行他們的研究，在動物園的不同地方收集樣本，包括熱帶房屋和室內(nèi)馬廄等有圍墻的圍欄，以及露天的室外圍欄。“為了收集空氣中的eDNA，我們使用了一個風(fēng)扇，就像你用來冷卻電腦的風(fēng)扇一樣，并在風(fēng)扇上附加了一個過濾器。然后我們讓它運行一段時間。”哥本哈根大學(xué)第一作者、博士后研究員Christina Lynggaard說。
風(fēng)扇從動物園和周圍的環(huán)境中吸進空氣，這些空氣可能含有多種來源的遺傳物質(zhì)，比如呼吸、唾液、皮毛或糞便，盡管研究人員還沒有確定其確切來源。 “它可以是任何在空中飛行的東西，而且足夠小，可以持續(xù)漂浮在空中。”Lynggaard說，“在空氣過濾后，我們從過濾器中提取DNA，并使用PCR擴增技術(shù)復(fù)制了大量動物DNA。在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。”
“這是一種信念上的飛躍，因為當你處理常規(guī)組織，甚至水生DNA樣本時，你可以測量有多少DNA，但我們處理的這些樣本是法醫(yī)鑒定的微量DNA。” Clare說，“在很多情況下，當我們只取樣幾分鐘時，我們無法測量DNA，所以我們必須跳到PCR的下一個階段，即找出其中是否有任何物質(zhì)。當我們進行數(shù)小時的抽樣時，我們會得到更多，但這是一種權(quán)衡。”
在每一項研究中，研究人員都發(fā)現(xiàn)了動物園內(nèi)的動物和附近的野生動物。Clare的團隊來自倫敦瑪麗女王大學(xué)，他們檢測到了25種哺乳動物和鳥類的DNA，甚至還檢測到了在英國瀕臨滅絕的歐亞刺猬的DNA。哥本哈根大學(xué)的Bohmann團隊則發(fā)現(xiàn)了49種非人類脊椎動物，包括哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩棲動物和魚類。這些動物包括動物園里的動物，如??狓和犰狳，甚至熱帶溫室池塘里的孔雀魚，以及當?shù)氐膭游铮缢墒螅陀泻Φ膭游铮绾质蠛图沂蟆４送猓麄冞�在動物園里發(fā)現(xiàn)了用作其他動物飼料的魚類。兩個團隊都采取了廣泛的措施來檢查他們的樣本是否被污染，包括被實驗室里已經(jīng)存在的DNA污染。
通過選擇一個動物園作為他們研究的地點，研究人員知道了大量非本地物種的位置，這樣他們就可以分辨出真實信號和污染物之間的區(qū)別。“我們本來想去農(nóng)場，但如果你采集到奶牛的DNA，你必須問：‘這頭牛是在這里，還是在100英里以外，還是在某人的午餐里？’”Clare說，“但以動物園為模型，除了動物園的老虎，我沒有其他方法能夠檢測到老虎的DNA。這讓我們能夠真正測試檢出率。”
Clare說：“我們的實驗室都在開發(fā)和應(yīng)用新工具，所以也許我們在同一時間有了相同的想法并不奇怪。
然而，這兩個研究小組同時在《當代生物學(xué)》發(fā)表論文絕不是巧合。兩個小組在一個預(yù)印本服務(wù)器上看到彼此的文章后，決定共同向雜志投稿。 “我們決定賭一把，我們不愿意在這個項目上競爭。” Clare說，“事實上，這是一個非常瘋狂的想法，我們最好有獨立的證據(jù)證明這是有效的。兩個團隊都非常渴望看到這項技術(shù)的發(fā)展。”（經(jīng)濟日報記者 佘惠敏）
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