Cell子刊：空气中的DNA可能会彻底改变我们测量动物多样性的方式

发表在Current Biology杂志上的两项新研究表明，从空气中收集的环境DNA (eDNA)可以用于检测广泛的动物物种，并为监测生物多样性提供了一种新颖的、非侵入性的方法。这些发现是由两个独立的研究小组得出的，一个在丹麦，另一个在英国和加拿大。英国的这项研究是由加拿大约克大学的助理教授伊丽莎白·克莱尔领导的，她当时是伦敦玛丽女王大学的高级讲师，而丹麦的这项研究是由哥本哈根大学环球研究所的副教授克里斯汀·鲍曼领导的。

　　

   

   

视频:加拿大约克大学、英国玛丽女王大学和哥本哈根大学在《当代生物学》杂志上发表的两项新研究表明，从空气中收集的环境DNA可以用来检测各种动物物种。约克大学助理教授伊丽莎白·克莱尔谈论她的研究。

来源:纽约大学

发表在《当代生物学》杂志上的两项新研究表明，从空气中收集的环境DNA (eDNA)可以用于检测广泛的动物物种，并为监测生物多样性提供了一种新颖的、非侵入性的方法。

这些发现是由两个独立的研究小组得出的，一个在丹麦，另一个在英国和加拿大。这两个研究小组都打算测试空气中的eDNA是否可以用来探测陆地动物。为了做到这一点，研究小组从两个欧洲动物园收集了空气样本，英国的哈默顿动物园公园和丹麦的哥本哈根动物园。

英国的这项研究是由加拿大约克大学的助理教授伊丽莎白·克莱尔领导的，她当时是伦敦玛丽女王大学的高级讲师，而丹麦的这项研究是由哥本哈根大学环球研究所的副教授克里斯汀·鲍曼领导的。

两个小组都使用了不同的方法来过滤空气中的eDNA，但都成功地检测到两家动物园内外存在大量的动物物种。

Bohmann的团队使用三种不同的空气采样设备采集空气样本;一个商用水基真空吸尘器和两个装有过滤器的鼓风机——其中最小的一个只有高尔夫球那么大。他们在三个地点收集了空气样本:霍卡皮马厩、热带雨林小屋和室外围栏之间的室外。

克莱尔的团队使用了连接在真空泵上的敏感过滤器，从动物园周围不同地点收集了70多个空气样本，包括动物睡眠区域内和动物园一般环境外的空气样本。

这两项研究的结果都超出了他们的预期。

“当我们分析收集到的样本时，我们能够识别出25种不同动物的DNA，比如老虎、狐猴和澳洲野狗，其中17种是已知的动物园物种。我们甚至能够从几百米外的动物身上收集到eDNA，这些动物的浓度没有明显下降，甚至从封闭的建筑外面也能收集到。动物在里面，但它们的DNA正在逃逸，”克莱尔说。

“当我们看到结果时，我们很惊讶，”Bohmann说。“在仅仅40个样本中，我们发现了49种物种，涵盖哺乳动物、鸟类、两栖动物、爬行动物和鱼类。在雨林之家，我们甚至在池塘里发现了孔雀鱼、二趾树懒和蟒蛇。当只在一个室外地点采集空气时，我们发现很多动物都能进入该动物园的室外围场，例如kea、鸵鸟和犀牛。”

许多被发现的物种都被保存在动物园里，但值得注意的是，两个团队也都在动物园周围地区发现了物种。英国濒临灭绝的欧亚刺猬在英国哈默顿动物园外被发现，而水鼠和红松鼠则在哥本哈根动物园附近被发现。两个小组还发现了动物园动物的食物，如鸡、牛、马和鱼。广泛的物种检测表明，空气传播的eDNA可用于检测和监测野生陆生动物物种。这最终将支持全球的保护工作。

”这种方法的非侵入性的性质使得它特别有价值的观察脆弱或濒危物种以及那些在难以达及的环境中,如洞穴和洞穴他们没有可见我们知道他们在该地区如果我们能捡起他们的DNA的痕迹,从稀薄的空气中,”克莱尔说。“空气采样可以彻底改变陆地生物监测，并提供新的机会，以跟踪动物群落的组成，以及检测外来物种的入侵。”

生物体在与周围环境相互作用时，会将DNA释放到周围环境中，近年来，eDNA已成为广泛栖息地物种检测的重要工具。例如，对水样的eDNA分析通常用于绘制水生环境中的物种。然而，虽然空气包围着陆地上的一切，但直到现在，空气中的eDNA才被用于动物监测。

在演示一种新型eDNA样品类型时，主要的事情之一是确保结果是可靠的，因为eDNA分析非常敏感，而且容易受到污染。

“空气是一种具有挑战性的基质，因为空气包围着一切，这意味着污染的风险很高。我们希望确保我们发现的物种来自动物园，而不是实验室。为了确保实验室的空气中没有漂浮着任何污染DNA，我们对实验室内的空气进行了采样，并对其进行了测序，”丹麦团队的克里斯蒂娜·林嘉德博士说。

对于这些早期的研究，能够复制这项工作是关键。在研究完成之前，两个团队对彼此的工作一无所知，但实验的并行性让他们感到兴奋。克莱尔和Bohmann同意，让两个研究团队独立地证明，空气中的eDNA可以用来监测一系列动物物种，这大大增强了他们的工作，并清楚地显示了这项技术的潜力。

“我们不认为从空气中提取动物DNA会奏效，”Bohmann补充说，“这是高风险、高回报的科学，有可能推动脊椎动物生物监测的边界。”显然天空并不是极限。”

在自然环境中使用空气传播的eDNA采样还需要进一步研究，以释放其全部潜力，但这两个研究团队都认为，它可能会改变研究人员研究和监测动物生物多样性的方式。

参考文献：

1. ‘Measuring biodiversity from DNA in the air’ Elizabeth L. Clare, Chloe K. Economou, Frances J. Bennett, Caitlin E. Dyer, Katherine Adams, Benjamin McRobie, Rosie Drinkwater, Joanne E. Littlefair Current Biology (2021). DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064

2. ‘Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring’ Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen and Kristine Bohmann Current Biology (2021). DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014