如何从空气中提取环境DNA？
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【如何从空气中提取环境DNA？】
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世界各地的生物学家和博物学家在20年前发起了一项颇有野心的项目 ， 倡导建立全球生物物种名录 。 正如他们所说的 ， 如果人们不知道地球上存在这些生物 ， 就不可能想去拯救它们 。 即使是最乐观的估计也表明 ， 目前科学界仅知道全球生物物种的四分之一 。 随着物种灭绝速度的加快 ， 这引发了人们对保护全球生态系统的担忧 。
事实上 ， 这些项目开展得非常缓慢 ， 主要是因为鉴定和描述物种极其困难 ， 而且在很多情况下 ， 采集生物样品进行DNA测序并不是一件容易的事 。 好消息是 ， 现在出现了一种新的编目全球物种的方法：从稀薄的空气中提取DNA 。
这项技术是从此前科学家提出的环境DNA（eDNA）技术衍生而来的 。 eDNA技术是指收集并分析水、土壤等环境中样品的DNA ， 这些DNA片段来自周围环境中的生物释放的DNA 。 因此 ， 从一个地点的空气中提取的环境DNA能提供生活在这片区域的全部物种的基因信息 。
鉴定昆虫物种的难度是出了名的 ， 因为对于昆虫来说 ， 传统的DNA测序方法往往是致命的 ， 但eDNA技术或许是获取昆虫物种DNA信息的好方法 。 此外 ， 相比于分别收集和测序一种生物的DNA ， 分析环境DNA更加快速、成本更低且能一次获取环境中多个物种的数据 。
《当代生物学》（CurrentBiology）杂志上发表了两项检验eDNA技术的研究 。 这两项研究分别选择了两个绝佳的研究地点——丹麦哥本哈根动物园和英国哈默顿动物园 。 研究人员很清楚这两个动物园里生活的物种及其数量 ， 因此有助于评估eDNA方法的准确性 。
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这两支研究团队分别采用不同的方法来提取空气中的DNA——真空泵或鼓风机配套的空气过滤器 。 在提取到足够多的DNA后 ， 这两支团队都通过测序空气中的DNA鉴定出了动物园中的许多物种 ， 甚至包括生活在室内或是在取样地点几百米以外的物种 。
研究人员还采集到了动物园之外的物种的基因信息：英国的研究团队检测到了在英国濒临灭绝的西欧刺猬（Eurasianhedgehog） ， 而丹麦的研究团队发现了松鼠和猫的DNA 。
研究人员认为 ， eDNA技术变革了监测生物多样性的方式——与其他技术不同的是 ， 在科学家收集生物DNA的时候 ， 动物不需要出现在采样点 。 英国约克大学的分子生态学家伊丽莎白·克莱尔（ElizabethClare ， 是英国开展的研究的共同作者）说：“如果你采用的是相机陷阱技术 ， 那么动物就必须出现在相机的前方 ， 因为你是无法捕捉到相机后方的动物的 。 而且如果要用录音或目测调查的方法 ， 动物也必须出现在研究地点 。 但eDNA更像是一种足迹 ， 这是一种完全不同的数据类型 。 这时候 ， 动物并不一定要在采样点 ， 你也更有可能捕捉到一些意想不到的信息 。 ”
在英国生态学会举办的2021年年度会议上 ， 来自瑞典隆德大学的科学家介绍了他们从空气中提取DNA的项目 ， 该项目仍处于概念验证阶段 。 生态学家费边·罗格（FabianRoger ， 现就职于瑞士苏黎世联邦理工大学）及其同事在瑞典南部的3个野外地点采集并测序了空气中的DNA后 ， 鉴定出了85个昆虫物种（包括蝴蝶、甲虫、蚂蚁、苍蝇） ， 和9个非昆虫类物种（例如蛙类和鸟类） 。 这与传统研究方法得到的结果相比遗漏了一些物种 ， 但也发现了其他方法没有检测到的物种 。
罗格表示 ， 当他在瑞典隆德大学从事监测水生生态系统的研究时 ， 就希望找到新的物种 ， 但那时获得有关生物多样性的数据十分困难 。 据估计 ， 在全世界550万种昆虫中 ， 科学家只描述了100万种 。 罗格也表示担忧：“最近的研究显示 ， 昆虫的生物量减少了70% ， 但我们却极度缺乏相关的数据 。 ”这也促使他转向从空气中提取环境DNA的新方法 。
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此前 ， 有科学家主要研究土壤和水中样品的DNA ， 还有科学家通过分析花朵样品上的DNA ， 发现了曾落在花朵身上的授粉物种 。 丹麦哥本哈根大学的生态学家克里斯廷·博曼（KristineBohmann ， 是在丹麦开展的研究的共同作者）表示 ， 她也曾分析过从粪便样品中获得的DNA 。 但相比于此前的eDNA技术 ， 只需检测空气就能监测生物多样性的方法是一个令人振奋的进展 。 博曼也说：“是时候开始从空气中提取DNA了 。 ”它还有可能加快环境保护工作的进展 。
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