科学家正在追踪具有自由漂浮 DNA 的深海生物

美国宇航局正在计划一次新的载人月球之旅，但地球上还有一个几乎同样神秘的地方，科学家们正在努力了解更多：深海。深海黑暗、寒冷、难以到达，是地球上最大的生物群落，里面有长相奇怪的鱼类和其他生物，其中许多物种从未被科学鉴定过。

本周，加拿大科学家在PLOS ONE上发表的一篇新论文探讨了一种诱人的可能性：通过观察深海动物在海水中留下的残留 DNA 来评估它们。这种方法被称为环境 DNA (eDNA) 元条形码，涉及对含有生物体脱落的遗传密码片段的海水样本进行测序，以了解海洋中的种群密度和物种多样性。

加拿大安大略省综合生物学与生物多样性研究所生物学教授 Mehrdad Hajibabaei 表示：“每种生物的基因组中都有一些部分，它们编码的基因与物种特定相关。”他表示，在这种方法中，这些部分就像条形码一样，可以唯一地识别海水中发现的每个生物的 DNA。

在这项研究中，Hajibabaei 和他的同事将 eDNA 宏条形码应用于在约 4600 英尺（1440 米）及以下深度收集的海水样本。在进行实地工作时，他们计算出需要多大的海水样本才能产生有用的结果——他们发现超过 6 杯（1.5 升）——并用不同的“引物”或实验室中使用的 DNA 测试样本，以使样本可读。

利用 eDNA 元条形码，该团队能够识别出与更传统的深海采样方法相当数量的物种。但他们认为，当针对极端环境优化方法时，eDNA 元条形码应该能够在深海中发挥更大的作用。目前，他们正在努力确定最佳样本量和实验室内读取样本的技术。

伍兹霍尔海洋研究所博士后研究员伊丽莎白·艾伦 (Elizabeth Allan) 负责该研究所的海洋暮光区项目，她表示，传统方法包括拖网和带诱饵相机，只能提供复杂的深海世界的快照。而且它们有一个很大的局限性：它们只能捕获在采集样本时存在的生物。然而，生物的 DNA 可以在寒冷、黑暗的深海中保存一天以上，这意味着海水样本可以告诉我们更多关于最近谁去过那片海洋的信息。

每一个生物体都会脱落 DNA，无论是皮肤细胞等体细胞，还是尿液和粪便等排泄物。随着读取遗传信息的新技术的出现，科学家开始研究脱落的 DNA，以找出在特定环境中生活着哪些动物以及有多少动物的迹象。在许​​多情况下，例如在海洋中，这种方法比传统的种群调查方法更便宜、后勤更复杂，而且更全面。

环境 DNA 已用于研究海洋的其他层面。“这确实改变了海洋科学，”洛克菲勒大学人类环境项目高级研究员 Mark Stoekle 说道，他研究 DNA 条形码和环境 DNA。

Allan 表示，这篇论文“是一篇完美的入门论文，可以填补我们真正不知道的一些空白，即如何在深海中进行 eDNA 宏条形码编码”。其研究结果表明，eDNA 方法可能非常适合研究深海。

但没有一种方法能告诉我们一切。在论文中，研究人员讨论了采集样本用于环境 DNA 的可能性，同时使用水声学等方法（检测深海生物的存在）来告诉他们在哪里采集样本。艾伦说，如果与类似这种方法的其他方法结合使用，环境 DNA 的潜力会更大。

Hajibabaei 表示：“这是为了展示该技术的能力并对其进行优化。”他的团队将继续利用这些方法进一步了解深海，他说未来的论文将涉及探测到的物种种类。就像月球一样，海底还有另一个世界等待探索。