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闻味识动物!空气里含有足够DNA来识别动物园中动物

2022年01月07日 14:49   来源:经济日报新闻客户端   

  动物园里的空气充满了各种气味,从用作饲料的鱼到食草动物的粪便。但你知道吗,它也充满了生活在那里的动物的DNA。在1月7日的细胞出版社(Cell Press)旗下期刊Current Biology (《当代生物学》)上,两个研究小组各自发表了一项独立的概念验证研究,表明通过从当地动物园采集空气样本,他们就可以收集到足够的DNA来识别附近的动物。这可能被证明是追踪生物多样性的一种有价值、非侵入性的工具。

  “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动物。”哥本哈根大学研究团队负责人Kristine Bohmann说。

  陆生动物可以通过许多方式加以监测:直接通过摄像机和现场观察,或者间接通过它们留下的东西,比如脚印或粪便。这些方法的缺点是需要进行密集的野外工作,并且需要动物在场。例如,通过摄像机监控动物需要知道在动物路径上放置摄像机的位置,并从成千上万张图片中筛选,这通常还需要一点运气。

  “在我职业生涯的早期,我曾去过马达加斯加,希望能看到很多狐猴。但实际上,我很少见到它们。相反,我只是听到它们从树冠上跳开。”Bohmann说,“所以,对许多物种来说,通过直接观察发现它们需要做很多工作,尤其是如果它们神出鬼没,生活在非常封闭或难以接近的栖息地。”

  “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。”伦敦玛丽女王大学研究小组的首席研究员Elizabeth Clare (Clare现在在多伦多约克大学)说,“但我们的动物园研究在不同的样本、基因、地点和实验方法上还没有失败。所有这些都非常有效。”

  Bohmann和Clare通过收集含有动物脱落DNA的其他样本,从他们过去监测野生动物的研究中汲取了大量资源。这被称为“环境DNA”或eDNA,是一种成熟的技术,最常见的是通过对水样中的eDNA进行测序来监测水生生物。

  “空气包围着一切,我们希望在优化对动物DNA的真实检测的同时,避免样本受到污染。” Bohmann说,“我们对空气中eDNA的最新研究涉及到我们通常处理eDNA样本时所做的事情,只是稍微调整了一下。”

  每个研究小组都在当地动物园进行他们的研究,在动物园的不同地方收集样本,包括热带房屋和室内马厩等有围墙的围栏,以及露天的室外围栏。“为了收集空气中的eDNA,我们使用了一个风扇,就像你用来冷却电脑的风扇一样,并在风扇上附加了一个过滤器。然后我们让它运行一段时间。”哥本哈根大学第一作者、博士后研究员Christina Lynggaard说。

  风扇从动物园和周围的环境中吸进空气,这些空气可能含有多种来源的遗传物质,比如呼吸、唾液、皮毛或粪便,尽管研究人员还没有确定其确切来源。 “它可以是任何在空中飞行的东西,而且足够小,可以持续漂浮在空中。”Lynggaard说,“在空气过滤后,我们从过滤器中提取DNA,并使用PCR扩增技术复制了大量动物DNA。在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。”

  “这是一种信念上的飞跃,因为当你处理常规组织,甚至水生DNA样本时,你可以测量有多少DNA,但我们处理的这些样本是法医鉴定的微量DNA。” Clare说,“在很多情况下,当我们只取样几分钟时,我们无法测量DNA,所以我们必须跳到PCR的下一个阶段,即找出其中是否有任何物质。当我们进行数小时的抽样时,我们会得到更多,但这是一种权衡。”

  在每一项研究中,研究人员都发现了动物园内的动物和附近的野生动物。Clare的团队来自伦敦玛丽女王大学,他们检测到了25种哺乳动物和鸟类的DNA,甚至还检测到了在英国濒临灭绝的欧亚刺猬的DNA。哥本哈根大学的Bohmann团队则发现了49种非人类脊椎动物,包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。这些动物包括动物园里的动物,如??狓和犰狳,甚至热带温室池塘里的孔雀鱼,以及当地的动物,如松鼠,和有害的动物,如褐鼠和家鼠。此外,他们还在动物园里发现了用作其他动物饲料的鱼类。两个团队都采取了广泛的措施来检查他们的样本是否被污染,包括被实验室里已经存在的DNA污染。

  通过选择一个动物园作为他们研究的地点,研究人员知道了大量非本地物种的位置,这样他们就可以分辨出真实信号和污染物之间的区别。“我们本来想去农场,但如果你采集到奶牛的DNA,你必须问:‘这头牛是在这里,还是在100英里以外,还是在某人的午餐里?’”Clare说,“但以动物园为模型,除了动物园的老虎,我没有其他方法能够检测到老虎的DNA。这让我们能够真正测试检出率。”

  Clare说:“我们的实验室都在开发和应用新工具,所以也许我们在同一时间有了相同的想法并不奇怪。

  然而,这两个研究小组同时在《当代生物学》发表论文绝不是巧合。两个小组在一个预印本服务器上看到彼此的文章后,决定共同向杂志投稿。 “我们决定赌一把,我们不愿意在这个项目上竞争。” Clare说,“事实上,这是一个非常疯狂的想法,我们最好有独立的证据证明这是有效的。两个团队都非常渴望看到这项技术的发展。”(经济日报记者 佘惠敏)

(责任编辑:张雪)