动物园空气中含有足够的DNA来识别里面的动物

注：本文由Cell Press授权转载

动物园里的空气充满了各种气味，从用作饲料的鱼到食草动物的粪便，但现在我们知道，它也充满了生活在那里的动物的DNA。在1月7日的细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Current Biology （《当代生物学》）上，两个研究小组各自发表了一项独立的概念验证研究，表明通过从当地动物园采集空气样本，他们就可以收集到足够的DNA来识别附近的动物。这可能被证明是追踪生物多样性的一种有价值、非侵入性的工具。

“捕获来自脊椎动物在空气中传播的环境DNA，甚至有可能使我们探测到那些看不到的动物。”哥本哈根大学研究团队负责人Kristine Bohmann说。

陆生动物可以通过许多方式加以监测：直接通过摄像机和现场观察，或者间接通过它们留下的东西，比如脚印或粪便。这些方法的缺点是需要进行密集的野外工作，并且需要动物在场。例如，通过摄像机监控动物需要知道在动物路径上放置摄像机的位置，并从成千上万张图片中筛选，这通常还需要一点运气。

“在我职业生涯的早期，我曾去过马达加斯加，希望能看到很多狐猴。但实际上，我很少见到它们。相反，我只是听到它们从树冠上跳开。”Bohmann说，“所以，对许多物种来说，通过直接观察发现它们需要做很多工作，尤其是如果它们神出鬼没，生活在非常封闭或难以接近的栖息地。”

“与人们在河流和湖泊中发现的东西相比，监测空气中的DNA真的非常困难，因为空气中的DNA似乎被超级稀释了。”伦敦玛丽女王大学研究小组的首席研究员Elizabeth Clare （Clare现在在多伦多约克大学）说，“但我们的动物园研究在不同的样本、基因、地点和实验方法上还没有失败。所有这些都非常有效。”

Bohmann和Clare通过收集含有动物脱落DNA的其他样本，从他们过去监测野生动物的研究中汲取了大量资源。这被称为“环境DNA”或eDNA，是一种成熟的技术，最常见的是通过对水样中的eDNA进行测序来监测水生生物。

 “空气包围着一切，我们希望在优化对动物DNA的真实检测的同时，避免样本受到污染。” Bohmann说，“我们对空气中eDNA的最新研究涉及到我们通常处理eDNA样本时所做的事情，只是稍微调整了一下。”

每个研究小组都在当地动物园进行他们的研究，在动物园的不同地方收集样本，包括热带房屋和室内马厩等有围墙的围栏，以及露天的室外围栏。“为了收集空气中的eDNA，我们使用了一个风扇，就像你用来冷却电脑的风扇一样，并在风扇上附加了一个过滤器。然后我们让它运行一段时间。”哥本哈根大学第一作者、博士后研究员Christina Lynggaard说。

风扇从动物园和周围的环境中吸进空气，这些空气可能含有多种来源的遗传物质，比如呼吸、唾液、皮毛或粪便，尽管研究人员还没有确定其确切来源。 “它可以是任何在空中飞行的东西，而且足够小，可以持续漂浮在空中。”Lynggaard说，“在空气过滤后，我们从过滤器中提取DNA，并使用PCR扩增技术复制了大量动物DNA。在DNA测序之后，我们处理了数以百万计的序列，并最终将它们与一个DNA参考数据库进行比较，以确定动物物种。”

“这是一种信念上的飞跃，因为当你处理常规组织，甚至水生DNA样本时，你可以测量有多少DNA，但我们处理的这些样本是法医鉴定的微量DNA。” Clare说，“在很多情况下，当我们只取样几分钟时，我们无法测量DNA，所以我们必须跳到PCR的下一个阶段，即找出其中是否有任何物质。当我们进行数小时的抽样时，我们会得到更多，但这是一种权衡。”

在每一项研究中，研究人员都发现了动物园内的动物和附近的野生动物。Clare的团队来自伦敦玛丽女王大学，他们检测到了25种哺乳动物和鸟类的DNA，甚至还检测到了在英国濒临灭绝的欧亚刺猬的DNA。哥本哈根大学的Bohmann团队则发现了49种非人类脊椎动物，包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。这些动物包括动物园里的动物，如㺢㹢狓和犰狳，甚至热带温室池塘里的孔雀鱼，以及当地的动物，如松鼠，和有害的动物，如褐鼠和家鼠。此外，他们还在动物园里发现了用作其他动物饲料的鱼类。两个团队都采取了广泛的措施来检查他们的样本是否被污染，包括被实验室里已经存在的DNA污染。

通过选择一个动物园作为他们研究的地点，研究人员知道了大量非本地物种的位置，这样他们就可以分辨出真实信号和污染物之间的区别。“我们本来想去农场，但如果你采集到奶牛的DNA，你必须问：‘这头牛是在这里，还是在100英里以外，还是在某人的午餐里？’”Clare说，“但以动物园为模型，除了动物园的老虎，我没有其他方法能够检测到老虎的DNA。这让我们能够真正测试检出率。”

Clare说：“我们的实验室都在开发和应用新工具，所以也许我们在同一时间有了相同的想法并不奇怪。”

然而，这两个研究小组同时在《当代生物学》发表论文绝不是巧合。两个小组在一个预印本服务器上看到彼此的文章后，决定共同向杂志投稿。 “我们决定赌一把，我们不愿意在这个项目上竞争。” Clare说，“事实上，这是一个非常疯狂的想法，我们最好有独立的证据证明这是有效的。两个团队都非常渴望看到这项技术的发展。”

Funding information and declaration of interests can be found in the respective papers.

哥本哈根大学：

Current Biology , 作者Lynggaard等：“Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring.”

文章URL：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)01690-0

DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.014

伦敦玛丽女王大学：

Current Biology , 作者Clare等：“Measuring biodiversity from DNA in the air.”

文章URL：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)01650-X

DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2021.11.064