動(dòng)物園里的空氣充滿了各種氣味，從用作飼料的魚(yú)到食草動(dòng)物的糞便。但你知道嗎，它也充滿了生活在那里的動(dòng)物的DNA。在1月7日的細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊Current Biology （《當(dāng)代生物學(xué)》）上，兩個(gè)研究小組各自發(fā)表了一項(xiàng)獨(dú)立的概念驗(yàn)證研究，表明通過(guò)從當(dāng)?shù)貏?dòng)物園采集空氣樣本，他們就可以收集到足夠的DNA來(lái)識(shí)別附近的動(dòng)物。這可能被證明是追蹤生物多樣性的一種有價(jià)值、非侵入性的工具。
“捕獲來(lái)自脊椎動(dòng)物在空氣中傳播的環(huán)境DNA，甚至有可能使我們探測(cè)到那些看不到的動(dòng)物�！备绫竟髮W(xué)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Kristine Bohmann說(shuō)。
陸生動(dòng)物可以通過(guò)許多方式加以監(jiān)測(cè)：直接通過(guò)攝像機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)觀察，或者間接通過(guò)它們留下的東西，比如腳印或糞便。這些方法的缺點(diǎn)是需要進(jìn)行密集的野外工作，并且需要?jiǎng)游镌趫?chǎng)。例如，通過(guò)攝像機(jī)監(jiān)控動(dòng)物需要知道在動(dòng)物路徑上放置攝像機(jī)的位置，并從成千上萬(wàn)張圖片中篩選，這通常還需要一點(diǎn)運(yùn)氣。
“在我職業(yè)生涯的早期，我曾去過(guò)馬達(dá)加斯加，希望能看到很多狐猴。但實(shí)際上，我很少見(jiàn)到它們。相反，我只是聽(tīng)到它們從樹(shù)冠上跳開(kāi)�！盉ohmann說(shuō)，“所以，對(duì)許多物種來(lái)說(shuō)，通過(guò)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(méi)，生活在非常封閉或難以接近的棲息地。”
“與人們?cè)诤恿骱秃粗邪l(fā)現(xiàn)的東西相比，監(jiān)測(cè)空氣中的DNA真的非常困難，因?yàn)榭諝庵械腄NA似乎被超級(jí)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(shuō)，“但我們的動(dòng)物園研究在不同的樣本、基因、地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)方法上還沒(méi)有失敗。所有這些都非常有效。”
Bohmann和Clare通過(guò)收集含有動(dòng)物脫落DNA的其他樣本，從他們過(guò)去監(jiān)測(cè)野生動(dòng)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(jiàn)的是通過(guò)對(duì)水樣中的eDNA進(jìn)行測(cè)序來(lái)監(jiān)測(cè)水生生物。
“空氣包圍著一切，我們希望在優(yōu)化對(duì)動(dòng)物DNA的真實(shí)檢測(cè)的同時(shí)，避免樣本受到污染�！� Bohmann說(shuō)，“我們對(duì)空氣中eDNA的最新研究涉及到我們通常處理eDNA樣本時(shí)所做的事情，只是稍微調(diào)整了一下。”
每個(gè)研究小組都在當(dāng)?shù)貏?dòng)物園進(jìn)行他們的研究，在動(dòng)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�！盀榱耸占諝庵械膃DNA，我們使用了一個(gè)風(fēng)扇，就像你用來(lái)冷卻電腦的風(fēng)扇一樣，并在風(fēng)扇上附加了一個(gè)過(guò)濾器。然后我們讓它運(yùn)行一段時(shí)間�！备绫竟髮W(xué)第一作者、博士后研究員Christina Lynggaard說(shuō)。
風(fēng)扇從動(dòng)物園和周?chē)沫h(huán)境中吸進(jìn)空氣，這些空氣可能含有多種來(lái)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(méi)有確定其確切來(lái)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�！盠ynggaard說(shuō)，“在空氣過(guò)濾后，我們從過(guò)濾器中提取DNA，并使用PCR擴(kuò)增技術(shù)復(fù)制了大量動(dòng)物DNA。在DNA測(cè)序之后，我們處理了數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的序列，并最終將它們與一個(gè)DNA參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，以確定動(dòng)物物種�！�
“這是一種信念上的飛躍，因?yàn)楫?dāng)你處理常規(guī)組織，甚至水生DNA樣本時(shí)，你可以測(cè)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(shuō)，“在很多情況下，當(dāng)我們只取樣幾分鐘時(shí)，我們無(wú)法測(cè)量DNA，所以我們必須跳到PCR的下一個(gè)階段，即找出其中是否有任何物質(zhì)。當(dāng)我們進(jìn)行數(shù)小時(shí)的抽樣時(shí)，我們會(huì)得到更多，但這是一種權(quán)衡�！�
在每一項(xiàng)研究中，研究人員都發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物園內(nèi)的動(dòng)物和附近的野生動(dòng)物。Clare的團(tuán)隊(duì)來(lái)自倫敦瑪麗女王大學(xué)，他們檢測(cè)到了25種哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)的DNA，甚至還檢測(cè)到了在英國(guó)瀕臨滅絕的歐亞刺猬的DNA。哥本哈根大學(xué)的Bohmann團(tuán)隊(duì)則發(fā)現(xiàn)了49種非人類(lèi)脊椎動(dòng)物，包括哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)。這些動(dòng)物包括動(dòng)物園里的動(dòng)物，如??狓和犰狳，甚至熱帶溫室池塘里的孔雀魚(yú)，以及當(dāng)?shù)氐膭?dòng)物，如松鼠，和有害的動(dòng)物，如褐鼠和家鼠。此外，他們還在動(dòng)物園里發(fā)現(xiàn)了用作其他動(dòng)物飼料的魚(yú)類(lèi)。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都采取了廣泛的措施來(lái)檢查他們的樣本是否被污染，包括被實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)存在的DNA污染。
通過(guò)選擇一個(gè)動(dòng)物園作為他們研究的地點(diǎn)，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(shí)信號(hào)和污染物之間的區(qū)別�！拔覀儽緛�(lái)想去農(nóng)場(chǎng)，但如果你采集到奶牛的DNA，你必須問(wèn)：‘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(shuō)，“但以動(dòng)物園為模型，除了動(dòng)物園的老虎，我沒(méi)有其他方法能夠檢測(cè)到老虎的DNA。這讓我們能夠真正測(cè)試檢出率�！�
Clare說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)室都在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新工具，所以也許我們?cè)谕粫r(shí)間有了相同的想法并不奇怪。
然而，這兩個(gè)研究小組同時(shí)在《當(dāng)代生物學(xué)》發(fā)表論文絕不是巧合。兩個(gè)小組在一個(gè)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(gè)項(xiàng)目上競(jìng)爭(zhēng)�！� Clare說(shuō)，“事實(shí)上，這是一個(gè)非常瘋狂的想法，我們最好有獨(dú)立的證據(jù)證明這是有效的。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都非常渴望看到這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展�！保ń�(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 佘惠敏）
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