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研究:动物园的空气中充满了足够的DNA来识别里面的动物

2022-01-12 13:34:19 cnBeta.COM
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哥本哈根大学的研究人员兼团队负责人Kristine Bohmann说:“从脊椎动物身上捕捉空气中的环境DNA使我们甚至有可能检测到我们看不到的动物存在。”

研究人员可以通过多种方式监测陆生动物:直接通过摄像机和亲自观察,或间接通过它们留下的东西,如脚印或粪便。这些方法的缺点是,它们可能涉及密集的实地工作,并且需要动物在场。例如,通过摄像头监控动物需要知道将摄像头放在动物路径上的哪个位置,筛选数千张图片,通常还需要一点运气。

“在我职业生涯的早期,我去马达加斯加希望能看到很多狐猴。但实际上,我很少看到它们。相反,我大多只是听到它们在树上跳来跳去。”Bohmann说。“因此,对于许多物种来说,通过直接观察来发现它们可能是一个很大的工作,特别是如果它们是难以捉摸的,生活在非常封闭或无法进入的栖息地。”

“与人们在河流和湖泊中发现的东西相比,监测空气中的DNA真的非常非常难,因为DNA在空气中似乎被过度稀释,”伦敦玛丽女王大学团队的首席研究员 Elizabeth Clare说。“是我们的动物园研究对于不同的取样器、基因、地点和实验方法都还没有失败。所有这些都成功了,而且出乎意料地好。”

Bohmann和Clare在很大程度上借鉴了他们过去监测野生动物的研究,收集含有动物脱落的DNA的其他样品类型。这被称为“环境DNA”(或eDNA),是一种成熟的技术,通过对水样中的eDNA进行测序,最经常用于监测水生生物。

Bohmann说:“空气包围着一切,我们希望避免样品中的污染,同时优化对动物DNA的真正检测。我们对空气传播的eDNA的最新工作涉及到我们在处理eDNA样品时通常做的事情,只是稍微调整了一下。”

每个研究小组都在当地动物园进行研究,在动物园的不同地方收集样本,包括有墙的围栏内,如热带馆和室内马厩,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,并在上面安装了一个过滤器。然后我们让它运行一段时间,”第一作者、哥本哈根大学博士后Christina Lynggaard说。

风扇从动物园及其周围环境中吸入空气,其中可能含有来自任何来源的遗传物质,如呼吸、唾液、皮毛或粪便,尽管研究人员还没有确定确切的来源。Lynggaard说:“它可能是任何可以在空气中传播并且小到可以在空气中继续漂浮的东西。在空气过滤后,我们从过滤器中提取了DNA,并使用PCR扩增法制作了大量的动物DNA副本。在进行DNA测序后,我们对数百万个序列进行了处理,并最终将其与DNA参考数据库进行比较,以确定动物种类。”

“这其中有信仰的成分,因为当你处理普通的组织甚至水生DNA样本时,你可以测量你有多少DNA,但对于这些样本,我们处理的是法医上极少量的DNA,”Clare说。“在许多情况下,当我们只取样几分钟时,我们无法测量DNA,因此我们必须跳到PCR的下一个阶段,在那里我们发现其中是否有任何DNA。当我们取样数小时时,我们会得到更多,但有一个权衡。”

在每项研究中,研究人员都检测了动物园内的动物和来自附近的野生动物。来自伦敦玛丽女王大学的Clare团队检测到了来自25种哺乳动物和鸟类的DNA,甚至还有属于欧亚刺猬的DNA,这种刺猬在英国已经濒临灭绝。哥本哈根大学的Bohmann团队检测到49个非人类脊椎动物物种,包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类物种。这些动物包括动物园里的动物,如霍加狓和犰狳;甚至热带屋里的池塘里的Guppy,本地出现的动物,如松鼠;以及害虫动物,如褐鼠和家鼠。此外,他们还发现了动物园里用于喂养其他动物的鱼类物种。两个团队都采取了广泛的措施来检查他们的样本没有被污染,包括已经在他们的实验室里的DNA。

通过选择一个动物园作为他们的研究地点,研究人员知道大量非本地物种的位置,因此他们可以分辨出真正的信号和污染物的区别。“我们原本想去一个农场,但是如果你发现到牛的DNA,你必须问‘那头牛是在这里,还是在一百英里外的某头牛,或者在某人的午餐里’?”Clare说。“但是通过使用动物园作为模型,除了动物园的老虎,我没有其他办法检测老虎的DNA。它让我们真正测试了检测率。”

“我们两个实验室做的一件事是开发和应用新的工具,所以也许我们两个在同一时间结束了相同的想法并不那么令人惊讶,”Clare说。

然而,两个研究小组同时在《当代生物学》杂志上发表文章的事实绝非巧合。在一个预印本服务器上看到对方的文章后,这两个小组决定共同向该杂志提交他们的手稿。“我们决定宁愿赌一把,说我们不愿意在这上面竞争,”Clare说。“事实上,这是一个如此疯狂的想法,我们最好有独立的确认,这是有效果的。两个团队都非常渴望看到这项技术的发展。”

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