新研究揭示了天空中广泛存在的环境DNA，包括过敏原和病原体

　　

   

   

图片:作者Kimberly L. Metris

图片来源:Kimberly L. Metris

最近发表在PeerJ生命与环境杂志上的研究人员成功地使用新型仪器进行飞机调查，以捕获空气中的核酸并探测大气中的生物多样性，发现了令人惊讶的发现。

一篇题为“航空eDNA的飞机调查:探索天空中的生物多样性”的开创性研究文章揭示了一种研究大气中遗传物质的革命性方法。科学家开发了一种耐用且可灭菌的探针和支持系统，用于捕获空气环境核酸(eDNA)，具有全流过滤和高完整性室。

使用这种创新的探针，研究小组通过使用轻型飞机采用标准化和可扩展的飞行模式，对环境DNA进行空中测绘。这项研究的目的是收集生物气溶胶，这是一种雾化的生物物质，来自主要排放源上方不同高度的一系列生物，并对它们进行测序以进行鉴定。

克莱姆森大学(Clemson University)教员、首席研究员金伯利·梅蒂斯(Kimberly Metris)博士说，这项工作始于一个探索的想法。“我是一名分子生态学家，研究各种野生物种，从细菌到蓝头鱼再到非洲水牛。我也会开飞机，有一年夏天，当我在高空跳伞时，我有很多时间在思考，同时爬升跳跑高度。从气象学的角度来说，当时的条件很好——能见度10英里，风很平静，在办公室的天气也很好——但这是在撒哈拉沙尘暴期间，外面到处都是可见的颗粒物。一种奇怪的感觉，但它让轮子转动起来。”从生物学角度来说，空气中究竟有什么是我们看不见的?这就是她和她的合著者开始探索的。“现在我们正在突破我们对天空的了解的界限。天空不是极限，它是宝库!”

这项研究的发现是非同寻常的。通过使用他们的采样探针和高通量宏基因组测序，研究人员发现大气中广泛存在原核和真核eDNA，到达美国东南部数千米的行星边界层。值得注意的是，该研究在所有飞行高度都检测到了鸡、牛和人类的eDNA，包括距离地面8500英尺的高度。

研究人员从草、杂草和树木以及通常不存在于空气中的物种(如大蒜)中发现了各种常见的植物过敏原，揭示了空气中遗传物质的多样性。

他们还发现了致病细菌和以前不知道存在于大气中的细菌，但在深海沉积物等其他极端环境中发现了这些细菌。

研究中使用的可灭菌和可重复使用的采样探针被证明是可靠的，在直接从空气中过滤遗传物质的同时，限制了样品的损失和污染。这项开创性的工作使我们能够利用飞机或其他飞行或静止方法绘制可能来自所有物种的遗传物质，并将好氧生物组谱与地面过程联系起来，为我们呼吸的空气中发现的遗传物质的存在和多样性提供宝贵的见解。

本研究在生物多样性、野生动物生态学、生物防御、病原体和过敏原监测等领域具有广泛的应用价值。该研究对细菌、脊椎动物和植物的DNA进行了高通量扩增子测序，结果表明，生物气溶胶可以源自自然过程，如田间和森林中的风媒授粉，以及人类介导的活动，即生产农业、废水处理和包括医院废物净化在内的工业实践。

在大气中检测到的空气中DNA谱反映了表面排放物、过敏原以及潜在的冰和云凝结核。据信，雾化的有效性会影响在高空检测到的空气DNA谱，建议将升力和气团特征指数纳入标准化的空气eDNA调查。此外，研究人员还建议采用标准化的实时报告、经验流量、总风量和使用的采样器类型，因为它们具有至关重要的不同操作气流要求。

eDNA/RNA形式的生物材料可以通过大气混合、提升和浮力被提升、携带和沉积到其他地方，从而可能导致诸如基因流动和杂交过程等生物学后果。大气对生命来说是强大而必不可少的——脊椎动物衍生的eDNA在空气中漂浮在离地球表面数千米的地方，这表明大气中含有生物多样性的物质，对生物监测和疾病监测具有重要意义。科学家可以深入了解一个地区物种的存在、数量和分布，为识别个体或追踪它们的活动，或从大气中监测农业生产提供有价值的证据。

这项开创性的研究为更深入地了解空气遗传物质及其对各个研究领域的影响铺平了道路。通过揭开天空的秘密，科学家们对我们的环境、我们呼吸的空气以及地球上生物多样性之间的复杂联系有了新的认识。

文章标题

Aircraft surveys for air eDNA: probing biodiversity in the sky