從稀薄空氣中提取的 DNA 可識別附近的動物_風聞

DNA無處不在，甚至在空氣中。對於因花粉或貓皮屑而過敏的人來説，這並不奇怪。但是兩個研究小組現在獨立地表明，大氣中可以含有來自多種動物的可檢測量的 DNA。他們上週發佈在 bioRxiv 上的預印本表明，對空氣進行採樣可能會提供一種更快、更便宜的方法來調查生態系統中的生物。

這項工作給其他科學家留下了深刻的印象。“使用 DNA 檢測空氣樣本中這麼多物種的能力是一個巨大的飛躍，”德克薩斯理工大學的生態學家馬修巴恩斯説。“它代表了工具箱的一個令人興奮的潛在補充。”

“令人驚訝的部分是你能夠獲得鳥類和哺乳動物——哇，”新不倫瑞克羅格斯大學的分子生態學家朱莉洛克伍德説。新的研究表明，“不僅僅是孢子；空氣中漂浮着細胞和頭髮以及各種有趣的東西。”

​十多年來，研究人員一直在分析水中那些不同的 DNA 來源，以識別難以捉摸的生物。研究人員對湖泊、溪流和沿海水域的環境 DNA (eDNA) 進行採樣，使他們能夠識別獅子魚等入侵物種以及大鳳頭蠑螈等稀有生物。最近，一些科學家通過葉子上的 eDNA 追蹤昆蟲，還發現了顯然是哺乳動物在小徑上踱步時留下的土壤 eDNA。對空氣中動物 eDNA 的研究要少得多。目前尚不清楚有多少組織從動物身上飄散出來，或者這些細胞的遺傳內容在空氣中持續了多長時間。一些早期的研究使用宏基因組測序（一種識別 DNA 混合物的方法）來檢測微生物，包括空氣中豐富的細菌和真菌。2015 年對華盛頓特區病原體空氣監測器的一項研究發現了來自多種脊椎動物和節肢動物的 eDNA 痕跡。但是這項技術的有用性並不明顯，也不清楚陸生動物如何脱落漂浮的細胞。

今年早些時候，現任約克大學分子生態學家伊麗莎白克萊爾在PeerJ上報告説，可以在實驗室採集的空氣樣本中檢測到來自裸鼴鼠的 eDNA。為了找出是否可以在户外檢測到動物 eDNA，她和倫敦瑪麗女王大學的同事們去了一個動物園：在那裏，該物種是已知的，並且在周圍景觀中不存在，因此該團隊可以確定他們發現的空氣中 eDNA 的來源. 2020 年 12 月，克萊爾在哈默頓動物園公園的 20 個地點設置了帶過濾器的真空泵，並讓每個泵運行 30 分鐘。

克萊爾從動物園建築內外收集了 72 個空氣樣本。她使用聚合酶鏈反應將留在過濾器上的少量遺傳片段擴增成足夠用於測序的 DNA。“我們不得不相信它就在那裏，因為它不是你可以衡量的，”她説。在對 eDNA 進行測序後，她將這些片段與數據庫中的已知序列進行了匹配。該團隊確定了動物園內飼養的 17 種物種以及其他生活在其附近和周圍的物種，例如刺蝟和鹿。在距離動物圍欄近 300 米處發現了一些動物園動物 DNA。她還檢測到空氣傳播的 DNA，可能來自於餵養室內捕食者的雞、豬、牛和馬的肉。總而言之，該團隊發現了 25 種哺乳動物和鳥類。

與此同時，丹麥的研究人員也提出了同樣的想法。哥本哈根大學的分子生態學家克里斯汀·博曼 (Kristine Bohmann) 回憶説，她在集思廣益地討論高風險資助計劃的建議時所產生的靈感。“我記得説過，它必須更瘋狂——就像從空氣中抽吸 DNA 一樣，那太瘋狂了。” 他們贏得了資助，並在哥本哈根動物園的三個地方用吸塵器和風扇在三種類型的採樣器中吸入空氣。他們始終如一地檢測到動物——總共有 49 種脊椎動物。

“這些預印本令人興奮，並展示了一些很好的數據，”蘇黎世聯邦理工學院的保護生態學家 Kristy Deiner 説。她領導 XPRIZE Rainforest 團隊開發用於監測生物多樣性的機載 DNA 技術。

洛克伍德説，空氣中的 DNA 可能有助於揭示其他難以檢測的動物的存在，例如干燥環境、洞穴或洞穴中的動物，以及野生動物相機看不見的動物，例如一些鳥類。

她警告説，該方法仍然存在許多問題，包括 eDNA 在空氣中傳播多遠的關鍵問題，這將影響該方法確定動物最近位置的能力。該距離將取決於許多因素，包括環境；eDNA 在草原中可能比在森林中飄得更遠。另一個問題是動物究竟是如何脱落 DNA 的。可能是當細胞在抓撓或摩擦皮膚、打噴嚏或進行任何劇烈活動（如戰鬥或制服獵物）時被釋放。但即使是樹懶的 eDNA 也出現了，哥本哈根大學的博士後分子生態學家 Christina Lynggaard 在動物園進行了採樣。

防止污染——一直是 eDNA 研究的一個問題——尤其棘手。Barnes 説，在空氣中採樣 eDNA 就像“在水下移液”。克萊爾説，一個問題是如何找到陰性對照或不含 DNA 的測試樣本。“我不知道在哪裏可以買到無菌空氣氣球。”

儘管未知數，巴恩斯和其他人仍抱有很高的期望。洛克伍德研究森林害蟲並在樹皮和樹葉上發現了eDNA 痕跡，他已經希望從空氣中識別害蟲。“我迫不及待想嘗試一下，”她説。