英国Hamerton动物园中的澳洲野狗们好奇地望着空气采样设备。（图片来源：Elizabeth Clare）
动物园的空气中弥漫着各种味道，有用作饲料的鱼腥味，有食草动物的粪便味，但我们现在知道，这其中也充满了生活在此地的动物的DNA。在1月6日的《当代生物学》（Current Biology）杂志上，两个不同的研究团队各自发表了一项独立的概念性验证研究，表明通过采集当地动物园的空气样本，可以收集到足量的DNA来辨别采样地附近的动物种类。而此项技术可能被证实是一种有价值的且非介入性的追踪生物多样性的工具。
哥本哈根大学团队负责人兼研究员Kristine Bohmann表示：“通过捕获脊椎动物的空气环境DNA，我们甚至可以检测到我们看不到的动物。”
陆生动物可通过如下多种方法被监测：直接观察，如相机拍摄和现场观察；间接观察，通过观察陆生动物途径过程的痕迹，如脚印或粪便。但这些方法的缺点是需要研究人员频繁地进行野外考察，并且需要明知动物确实在场过。举个例子，通过相机来监测动物，则需要预先知道动物的行进路线，才能在相应路上布置相机，最后再从成千上万个照片中筛选出目标动物的照片，但这通常需要一点运气成分。
Bohmann感叹道：“在我职业生涯的早期，我曾想在马达加斯加对狐猴进行调研。但实际上这是异想天开，我几乎没看到过它们，更多情况下我只能听到它们在林冠间穿梭的声音。对于许多物种来说，通过直接观察的方法来检测是极耗费人力物力的，特别是对于那些生活在与世隔绝或难以接近的栖息地的物种而言。”
伦敦玛丽女王大学研究团队首席研究员Elizabeth Clare（现工作于多伦多的约克大学）表示：“与之前在河流、湖泊中获得的水样环境DNA相比，空气中的DNA浓度极低，监测更是难上加难。但是我们在动物园的研究在不同的样本、基因、地点和实验方法的变量上均有效，且结果令人惊喜。”
Christina Lynggaard和Kristine Bohmann在哥本哈根动物园收集空气样本。（图片来源：Christian Bendix）
Bohmann和Clare之前收集过动物毛发或组织等脱落的DNA样本，他们从这些野生动物的监测研究中汲取了大量的经验。这种被称为“环境DNA”或eDNA的技术已经十分成熟，最常用来对水体中的eDNA进行测序分析，从而监测水生生物的生物多样性。
Bohmann说道：“任何事物都被空气所环绕，所以我们希望在优化动物DNA真实检测技术的时候避免样本受到污染。我们关于空气eDNA的最新研究中，包含了之前用到的处理eDNA样本的工作，只是稍微进行了调整。”
每个研究团队都在动物园的不同地方收集空气样本进行实验，其中包括了有围墙格挡的环境，如模拟热带环境的房屋和室内马厩，以及露天的室外围栏内。哥本哈根大学博士后兼文章的第一作者Christina Lynggaard说道：“我们通过运行一个类似电脑散热器的风扇来收集空气中的DNA，我们还在风扇上添加了一个过滤器。”
此风扇能从动物园和其周边环境中过滤空气，尽管研究人员尚未明确知晓空气中的这些遗传物质的来源，但它们有可能是多元化的，比如来自呼吸所携带的小分子、唾液、皮毛或粪便。Lynggaard说：“任何可在空气中漂浮的微小粒子都可被收集。空气经过过滤后，我们可从滤器中提取DNA，并利用PCR扩增技术增加动物DNA的拷贝数。DNA测序之后，我们处理了数以百万计条DNA序列，并最终将这些序列与DNA参考数据进行了比较以确定动物物种。”
Clare说道：“这是一种信念的升华，因为当你处理常规的组织样本或水样DNA时，你能够明确测量到提取的DNA量，但是我们现在处理的样本是极微量级别的。在许多情况下，当只收集了几分钟的空气样本是测不出浓度的，因此我们必须直接跳到PCR的下一步去检测是否存在DNA。当我们用数小时去收集空气样本时，我们显然可以获得更多的DNA，但采集时间和DNA获取量就存在得失平衡了。”
Elizabeth Clarezai在收集空气中的DNA。（图片来源：Elizabeth Clare）
在每一项研究中，研究人员都能从结果中检测到动物园的动物及附近地区的野生动物。来自伦敦玛丽女王大学的Clare团队共检测到25种哺乳动物和鸟类的DNA，甚至还检测到在英国濒临灭绝的欧亚刺猬的DNA。哥本哈根大学的Bohmann团队则检测到49种非人类脊椎动物，包括哺乳动物、鸟类、爬行类、两栖类和鱼类。检测到的这些物种包括动物园里的动物，如㺢㹢狓和犰狳，还有热带房屋池塘里的孔雀鱼、当地物种松鼠和有害动物如棕鼠和家鼠。此外，他们还检测到在动物园里用作饲料的鱼。两组团队均想方设法地确保样品没有被污染，包括没有被实验室中存在的DNA污染。
研究人员选择动物园作为研究地点，是因为在这里他们能够清楚地了解园内许多的非本地物种的生物的位置，而这些信息可以帮助他们区分哪些是真实信号，哪些是污染物。Clare说道：“我们原本是想把研究地点设定在农场，但如果你收集到了奶牛的DNA，你肯定会质疑‘这DNA是农场奶牛的，还是在一百英里以外的奶牛的，还是某人午餐中的？’。但是，如果以动物园作为模型，除了动物园的老虎，我们不可能检测到其他的老虎。这种限制性因素真实地反映了检测率。”
Clare说道：“我们两个实验室都开发并应用了新工具，所以也许我们在同一时间得出相同的想法并不奇怪。”
然而，这两个研究团队同时在《当代生物学》（Current Biology）杂志上发表论文绝不是巧合。两组人员在预印本服务器平台上曾看到过彼此的文章，最后均决定共同向该杂志投稿。Clare说道：“我们决定宁可赌一把，也不愿在这个项目上进行竞争。事实上，这是个非常疯狂的想法，我们最好是各自的实验都能够得到有效的独立检验。两个团队都非常渴望看到这项技术的发展。”
翻译：黄俊满
审校：赵冰莹
引进来源：物理学家组织网
本文来自：中国数字科技馆