科学家们正在从空气中吸取动物DNA

Kristine Bohmann 习惯于使用非传统方法收集数据。她曾将自己作为诱饵给马达加斯加的蚂蟥，希望在它们的肠道中找到它们曾以之为食的动物的基因痕迹。如果你想知道某个区域有哪些物种，这种蚂蟥方法会揭示一些单纯观察无法获得的信息。但如果能跳过放血这一步，岂不是更好？

现在，哥本哈根大学进化基因组学副教授 Bohmann 开发了一种不那么“中世纪”的方法来寻找动物：从空气中吸取它们的 DNA。根据她团队对该技术进行的首次实验，它可能既实用又奇特——他们利用空气过滤器捕获基因物质，在哥本哈根动物园及其周边地区检测到了数十种圈养和野生动物。她说：“它的稳健性让我无比兴奋和热情，想去大自然中尝试这项技术。”

不知情的是，2020 年，伦敦玛丽女王大学的另一组研究人员同时制造了自己的 DNA 真空吸尘器。在发现类似研究努力的巧合后，两个团队选择一起发表他们的发现。上个月发表在《当代生物学》上的两篇论文，为一种可能彻底改变生物多样性监测并改善生态决策的工具提供了概念验证。领导这项英国研究的多伦多约克大学生物学教授伊丽莎白·克莱尔说：“我们已经证明这可以奏效，而且效果非常好。现在我们需要弄清楚的是，它在什么条件下才能奏效。”

风中的基因

我们周围的空气由 78% 的氮气、21% 的氧气以及令人惊讶的微小百分比的 DNA 组成。生物不断通过唾液、皮肤、粪便、毛发、羽毛等方式将它们的基因组片段“脱落”到环境中。这些本身就是确定生态系统“谁是谁”的极佳线索，但从它们身上飘散出的微观颗粒可能更有用。

在过去的几十年里，一种被称为“环境DNA”的全新研究领域应运而生。克莱尔说，人类观察员和相机陷阱需要动物在正确的时间出现在正确的位置，而环境DNA“更像一个足迹。它被留在后面，并且持续时间更长。”

基因物质已从雨水、土壤甚至蜂蜜中提取。水体对于调查水生和陆生种群尤其有用。但由于某种原因，这个新兴领域却忽略了我们呼吸的物质。

空气作为DNA研究的介质，既吸引人又令人望而生畏。它无处不在，易于采样，却又如此神秘和不规则。在克莱尔进行测试的哈默顿动物园，她经常在数百码外的围栏中检测到DNA。一只多产的狐猴几乎无处不在。但另一种狐猴却从未出现过，即使她就在它旁边进行吸尘。

尽管如此，从她和博曼的预期来看，这些实验取得了巨大的成功。一开始，研究人员几乎肯定会完全失败（两人都获得了高风险补助金，用于看似不可能的技术）。然而，他们却发现了整个动物园的物种。长颈鹿、老虎、犰狳、鸵鸟——在丹麦检测到 49 种，在英格兰检测到 25 种，包括封闭围栏和开放空间。他们甚至检测到了仅用作其他动物饲料的鱼类的证据。博曼说：“这简直令人难以置信。”

这两个小组采用了截然不同的方法，这表明收集空气中的 DNA 比任何人预想的都要容易得多。充其量，他们预计会看到附近几种物种的基因标记。当克莱尔意识到她在动物园外捕捉到了一种濒临灭绝的欧洲刺猬的信号时，她惊呆了。她说：“这应该是下一个实验：我们能否真的在野外探测到动物？答案是，我们已经做到了。”

这个偶然发现突出了 DNA 吸尘技术的潜力，它能更有效地绘制受威胁和濒危物种的栖息地——政府机构可以利用这些数据来保护这些生物免受侵犯。在英格兰，水生环境 DNA 帮助拯救了冠纹蝾螈。克莱尔说：“如果我们可以将其应用于刺猬，那对英国的保护工作来说将是巨大的喜悦。” 在环境斗争的另一个方面，它还可以在入侵物种传播到足以在传统调查中出现之前，就提醒科学家它们的到来。

一个有希望的开始

尽管这项技术首次亮相令人印象深刻，但它仍充满未知数和悬而未决的问题。DNA 在空气中能扩散多远？动物离开后，它能停留多久？天气对它有什么影响？基因物质在雨林和草原中的积累方式是否不同？动物的大小或数量是否会影响其可检测性？目前，这些问题没有明确的答案，而且在最后一点上，两篇论文实际上存在分歧。

尽管如此，DNA 吸尘技术的先驱们仍认为这是一个充满希望的开端。随着未来的研究揭示不确定性，以及研究人员优化不同生态系统的采样技术，他们相信它将在生物多样性研究工具箱中占有一席之地。博曼开玩笑说：“我希望它能成为所有方法的王者，但我认为它更像我们需要弄清楚如何补充其他方法。” 甚至吸血蛭法可能也会保留其在研究方法中的地位。

围绕这些论文发表的特殊情况，只会进一步增强这项技术的潜力和魅力。克莱尔说：“强大之处在于我们拥有完美的科学重复性，因为我们甚至不知道彼此在进行重复研究。” 任何一项实验都可以单独作为 DNA 吸尘技术价值的证明，但从一开始，它就获得了双倍的实证支持。正如博曼所说，“我们正在相互强化彼此的信息。”