eDNA如何可能彻底改变科学发现和保护工作

A frog sits on a branch in the jungle.
eDNA era opens new possibilities for communities and non-experts to assist with biological conservation, and can sound the alarm on invasive species entering new regions.Image: Unsplash/ Geoffrey Baumbach
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  • 通过环境DNA(即“eDNA”)识别某一环境中栖息的特定动物的能力,已经彻底改变了保护工作和野生动物监测

  • 生物学家杨军(Jun Yang)领导的一项近期评估指出,“基于eDNA的研究正进入一个令人振奋且快速加速的时代。”

  • eDNA时代为社区和非专业人士协助生物保护开辟了新的可能,并可就入侵物种进入新区域发出警报

你在一片偏远的丛林中跋涉,寻找一种稀有蛙类。你检查了每一片叶子、每一处潮湿的洼地和泥泞的溪床,却未见其踪迹。但回到实验室后,只需一小份水样,你便可以非常肯定地说,这种蛙就生活在森林的那一部分。

这一设想之所以可行,要归功于环境DNA,即“eDNA”。”水生生物在水中生活时,携带其特有遗传物质的皮屑、鳞片或黏液不可避免地会漂散在周围的水中。鱼类、两栖类、哺乳类、无脊椎动物和微生物留下的这些DNA碎屑,如今正有望推动保护和野生动物监测领域的一场无声革命。

“标题含有“环境DNA”的出版物数量已从2000年的3篇显著增至2010年的16篇,并在2020年达到223篇,”一个科学家团队在生物学家杨军领导的一项近期评估中指出。“基于eDNA的研究[正]进入一个令人振奋且快速加速的时代。”

eDNA时代为社区和非专业人士协助生物保护开辟了新的可能,并可在入侵物种被任何人发现之前,就其进入新区域发出警报。如果在受威胁物种的预期分布范围之外发现其踪迹,eDNA有助于划定保护栖息地;同时,它还能及早提供物种迁入新栖息地以应对气候变化的相关信息。

环境DNA宏条形码技术在水生和陆生生态系统中的应用。Image: Krista M. Ruppert、Richard J. Kline和Md Saydur Rahman

按照科学家目前绘制海洋部分区域新基因组的速度,eDNA要仅用于监测已知物种,就需要数十年时间。

但eDNA的吸引力也因对该技术局限性的清醒认识而有所削弱。虽然检测到某一已知物种的eDNA可以证实该物种存在于特定地点,但反过来并不成立:仅因未在水样中检测到该物种的eDNA,并不能排除该蛙类在某区域存在的可能。降雨、水流、污染、物种迁移模式以及种群规模,只是影响从环境中提取残留DNA难易程度的少数因素。

更令人担忧的是,我们已绘制DNA图谱的物种数量少得惊人。要检测虚构的稀有丛林蛙,研究人员必须事先准确掌握其所要寻找物种的基因序列,并使用专门针对该序列组合设计的工具检测水样。目前仍有数以百万计的物种尚未完成DNA图谱绘制,也未与全球研究人员共享以便其查找和使用相关信息。按照科学家目前绘制海洋部分区域新基因组的速度,eDNA要仅用于监测已知物种,就需要数十年时间。

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