空气中的动物 DNA 可以帮助生物学家追踪濒危物种

当你离开动物园时，你会把动物的踪迹带回家。

两项新研究共同发表在《当代生物学》杂志上，研究发现，只需过滤动物园周围的空气，研究人员就能从周围动物身上提取遗传物质。不过，他们不仅检测了圈养动物，还从喂养这些动物的鸡和鱼以及生活在附近的野生和家养动物身上提取了环境 DNA（或称 eDNA）。

该技术有可能彻底改变环境监测。传统上，生物学家采用直接观察：站着寻找动物，或等待它们走到野生动物摄像机前。哥本哈根大学研究进化和基因组学的博士后研究员、第二篇论文的主要作者克里斯蒂娜·林加德 (Christina Lynggaard) 说，特别是在茂密的热带森林中，“实际上很难看到脊椎动物。你可以听到它们的声音，到处都能看到昆虫。”但她补充说，要拍下鸟类、猴子和爬行动物的全部照片是不可能的。这对于理解紧迫的保护问题是一个难题，例如稀有物种从破碎的森林中消失。

“我认为，他们这两篇论文已经表明，我们需要更广泛地思考空气中 eDNA 在生物多样性检测方面的潜力，”德克萨斯理工大学研究 eDNA 移动的生态学家 Matthew Barnes 表示，但他没有参与这两项研究。

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这两个团队各自开始研究，但巧合的是，他们研究的问题几乎相同。他们在发表之前看到了对方的研究结果，并决定联手将论文同时发表。“我们认为这些论文应该同时发表，因为它们是完美的科学复制品，”加拿大约克大学生态学家、其中一篇论文的主要作者伊丽莎白·克莱尔 (Elizabeth Clare) 说。（她在伦敦玛丽女王大学进行这项研究。）“而这最终是科学界应该做的事情。”

随着基因组测序价格的下降，环境DNA研究作为了解生态系统的工具而大受欢迎。研究人员从水蛭身上采集血液，以寻找它们叮咬过的动物的遗传物质。德克萨斯理工大学巴恩斯实验室的一名研究生发现，植物会向周围的空气中释放出一缕缕DNA。但还没有人迈出这一步，弄清楚是否可以直接从空气中回收动物的微观痕迹。

“我们都不知道它是否会起作用，尤其是在户外，”克莱尔说。

科学家们转向动物园——一个在英国，一个在丹麦——因为，正如克莱尔所说，“动物园是非本土物种的聚集地。”这让​​研究人员能够证明他们发现的 DNA 来自于他们研究的地点。例如，如果他们监测农场的空气，就不可能知道他们检测到的是附近奶牛的 DNA，还是几英里外的奶牛的 DNA。“我在奶牛身上遇到的问题不可能发生在老虎身上，”克莱尔说。“除了我面前的老虎 DNA，没有其他老虎 DNA 来源。我们确切地知道我们应该检测什么。”

两个团队都在动物围栏周围安装了空气过滤器，从室外谷仓到室内热带雨林展览。一旦过滤器吸入了足够的动物园空气，他们就会将其浸泡，将空气中的所有碎屑都制成一团浆液。然后，他们开始寻找脊椎动物的 DNA 序列。

“这有点像是在玩一个游戏，有点像 Go Fish，”克莱尔说。“我有一些未知的东西，我将它与已知事物的数据库进行比较，寻找真正匹配的东西。”

团队有动物园动物名单可供比较，但他们也能从意想不到的来源获取和识别 DNA。克莱尔的团队发现证据表明动物园管理员正在从一个围栏追踪 DNA 到另一个围栏。在雨林建筑中，林加德的团队发现了池塘中孔雀鱼的 DNA。“如果你有一头犀牛在抓挠，或者一只鸟在飞来飞去，那是一回事，”林加德说。“但孔雀鱼不会离开水。它们多久接触一次空气？”

研究人员还发现了鸡、鱼和其他喂给动物园动物的肉类的 DNA。但他们也开始发现与动物园里的任何样本都不匹配的样本。林加德的团队发现了鸣禽和乌鸦的 DNA，而克莱尔的团队发现了鸭子、松鼠和濒临灭绝的欧亚刺猬的 DNA。

目前尚不清楚空气中究竟漂浮着什么，携带着 DNA。研究小组认为，它可能是死皮、毛发、唾液和粪便的混合物（“我的生活改变了”，林加德在谈到这一认识时说道）。弄清这一点将有助于研究人员了解空气中的 DNA 是如何在环境中移动的。

但尽管环境DNA可以提供充足的线索，它却无法讲述完整的故事。遗传物质会随着时间的推移而降解，因此研究人员需要学习如何确定“足迹”是何时留下的。这项技术的初步应用可能最有助于发现濒危物种或非本土物种。

“刺猬尤其令人兴奋，因为它是英国极度濒危的物种，”克莱尔说。“我们发现一种稀有濒危物种，这是我们的最终目标。”

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她补充说，确定濒危物种和非本土物种的位置有助于保护和预警工作。但研究结果还表明，生物不断在周围世界留下自己的痕迹。

“任何患有宠物过敏症的人都知道，家里的动物皮屑会飘散到空气中，”巴恩斯说。“但这两项研究都表明，各种植物、各种动物、哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物都可能释放出可收集的 eDNA。”

随着技术的发展，研究人员有可能追踪迁徙动物的迁徙，甚至了解它们有多普遍。克莱尔说：“通过这样的方式研究环境 DNA，我对环境的看法确实有所不同。我知道……如果我在湖里游泳，我就是靠环境 DNA 游泳。这些新的信息来源我们才刚刚开始学习如何使用。我回想起我在热带地区的所有实地考察，以及所有留下自己痕迹的动物。”