英國Hamerton動物園中的澳洲野狗們好奇地望着空氣采樣裝置。（圖檔來源：Elizabeth Clare）
動物園的空氣中彌漫着各種味道，有用作飼料的魚腥味，有食草動物的糞便味，但我們現在知道，這其中也充滿了生活在此地的動物的DNA。在1月6日的《當代生物學》（Current Biology）雜志上，兩個不同的研究團隊各自發表了一項獨立的概念性驗證研究，表明通過采集當地動物園的空氣樣本，可以收集到足量的DNA來辨識采樣地附近的動物種類。而此項技術可能被證明是一種有價值的且非介入性的追蹤生物多樣性的工具。
哥本哈根大學團隊負責人兼研究員Kristine Bohmann表示：“通過捕獲脊椎動物的空氣環境DNA，我們甚至可以檢測到我們看不到的動物。”
陸生動物可通過如下多種方法被監測：直接觀察，如相機拍攝和現場觀察；間接觀察，通過觀察陸生動物途徑過程的痕迹，如腳印或糞便。但這些方法的缺點是需要研究人員頻繁地進行野外考察，并且需要明知動物确實在場過。舉個例子，通過相機來監測動物，則需要預先知道動物的行進路線，才能在相應路上布置相機，最後再從成千上萬個照片中篩選出目标動物的照片，但這通常需要一點運氣成分。
Bohmann感歎道：“在我職業生涯的早期，我曾想在馬拉加西對狐猴進行調研。但實際上這是異想天開，我幾乎沒看到過它們，更多情況下我隻能聽到它們在林冠間穿梭的聲音。對于許多物種來說，通過直接觀察的方法來檢測是極耗費人力物力的，特别是對于那些生活在與世隔絕或難以接近的栖息地的物種而言。”
倫敦瑪麗女王大學研究團隊首席研究員Elizabeth Clare（現工作于多倫多的約克大學）表示：“與之前在河流、湖泊中獲得的水樣環境DNA相比，空氣中的DNA濃度極低，監測更是難上加難。但是我們在動物園的研究在不同的樣本、基因、地點和實驗方法的變量上均有效，且結果令人驚喜。”
Christina Lynggaard和Kristine Bohmann在哥本哈根動物園收集空氣樣本。（圖檔來源：Christian Bendix）
Bohmann和Clare之前收集過動物毛發或組織等脫落的DNA樣本，他們從這些野生動物的監測研究中汲取了大量的經驗。這種被稱為“環境DNA”或eDNA的技術已經十分成熟，最常用來對水體中的eDNA進行測序分析，進而監測水生生物的生物多樣性。
Bohmann說道：“任何事物都被空氣所環繞，是以我們希望在優化動物DNA真實檢測技術的時候避免樣本受到污染。我們關于空氣eDNA的最新研究中，包含了之前用到的處理eDNA樣本的工作，隻是稍微進行了調整。”
每個研究團隊都在動物園的不同地方收集空氣樣本進行實驗，其中包括了有圍牆格擋的環境，如模拟熱帶環境的房屋和室内馬廄，以及露天的室外圍欄内。哥本哈根大學博士後兼文章的第一作者Christina Lynggaard說道：“我們通過運作一個類似電腦散熱器的風扇來收集空氣中的DNA，我們還在風扇上添加了一個過濾器。”
此風扇能從動物園和其周邊環境中過濾空氣，盡管研究人員尚未明确知曉空氣中的這些遺傳物質的來源，但它們有可能是多元化的，比如來自呼吸所攜帶的小分子、唾液、皮毛或糞便。Lynggaard說：“任何可在空氣中漂浮的微小粒子都可被收集。空氣經過過濾後，我們可從濾器中提取DNA，并利用PCR擴增技術增加動物DNA的拷貝數。DNA測序之後，我們處理了數以百萬計條DNA序列，并最終将這些序列與DNA參考資料進行了比較以确定動物物種。”
Clare說道：“這是一種信念的升華，因為當你處理正常的組織樣本或水樣DNA時，你能夠明确測量到提取的DNA量，但是我們現在處理的樣本是極微量級别的。在許多情況下，當隻收集了幾分鐘的空氣樣本是測不出濃度的，是以我們必須直接跳到PCR的下一步去檢測是否存在DNA。當我們用數小時去收集空氣樣本時，我們顯然可以獲得更多的DNA，但采集時間和DNA擷取量就存在得失平衡了。”
Elizabeth Clarezai在收集空氣中的DNA。（圖檔來源：Elizabeth Clare）
在每一項研究中，研究人員都能從結果中檢測到動物園的動物及附近地區的野生動物。來自倫敦瑪麗女王大學的Clare團隊共檢測到25種哺乳動物和鳥類的DNA，甚至還檢測到在英國瀕臨滅絕的歐亞刺猬的DNA。哥本哈根大學的Bohmann團隊則檢測到49種非人類脊椎動物，包括哺乳動物、鳥類、爬行類、兩栖類和魚類。檢測到的這些物種包括動物園裡的動物，如㺢㹢狓和犰狳，還有熱帶房屋池塘裡的孔雀魚、當地物種松鼠和有害動物如棕鼠和家鼠。此外，他們還檢測到在動物園裡用作飼料的魚。兩組團隊均想方設法地確定樣品沒有被污染，包括沒有被實驗室中存在的DNA污染。
研究人員選擇動物園作為研究地點，是因為在這裡他們能夠清楚地了解園内許多的非本地物種的生物的位置，而這些資訊可以幫助他們區分哪些是真實信号，哪些是污染物。Clare說道：“我們原本是想把研究地點設定在農場，但如果你收集到了奶牛的DNA，你肯定會質疑‘這DNA是農場奶牛的，還是在一百英裡以外的奶牛的，還是某人午餐中的？’。但是，如果以動物園作為模型，除了動物園的老虎，我們不可能檢測到其他的老虎。這種限制性因素真實地反映了檢測率。”
Clare說道：“我們兩個實驗室都開發并應用了新工具，是以也許我們在同一時間得出相同的想法并不奇怪。”
然而，這兩個研究團隊同時在《當代生物學》（Current Biology）雜志上發表論文絕不是巧合。兩組人員在預印本伺服器平台上曾看到過彼此的文章，最後均決定共同向該雜志投稿。Clare說道：“我們決定甯可賭一把，也不願在這個項目上進行競争。事實上，這是個非常瘋狂的想法，我們最好是各自的實驗都能夠得到有效的獨立檢驗。兩個團隊都非常渴望看到這項技術的發展。”
翻譯：黃俊滿
審校：趙冰瑩
引進來源：實體學家組織網
本文來自：中國數字科技館