2022-06-20
目前陸生動物的(de)(de)(de)群體多樣性(xing)多數(shu)局限于傳統的(de)(de)(de)調查方法：其一(yi)是直接的(de)(de)(de)方法，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)通過攝像機記錄觀察(cha)或(huo)人為現(xian)場觀察(cha)；其二是間接的(de)(de)(de)方法，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)觀察(cha)動物自(zi)身留下(xia)的(de)(de)(de)東西，例如腳印、糞(fen)便或(huo)血跡等。但是這些方法需要(yao)(yao)消耗大(da)量人力以及時間成本，甚至還(huan)需要(yao)(yao)一(yi)定的(de)(de)(de)運氣。
哥本哈根大學研究團隊提(ti)出(chu)(chu)：“捕獲來自脊椎(zhui)動(dong)(dong)物(wu)在空氣中(zhong)傳播的環境DNA（eDNA），有可能使(shi)我們探(tan)測到(dao)那(nei)些看(kan)不到(dao)的動(dong)(dong)物(wu)。“在2022年1月7號(hao)的細胞出(chu)(chu)版(ban)社(she)（Cell Press）旗下的期刊(kan) Current Biology上，此團隊發表(biao)(biao)了一項獨立(li)的概念驗證研究，表(biao)(biao)明(ming)通過(guo)當(dang)地動(dong)(dong)物(wu)園采集空氣樣本，他(ta)們就(jiu)可以(yi)收到(dao)足夠的eDNA來識別附近的動(dong)(dong)物(wu)。
圖1
實驗設計(ji)
實驗地點
丹麥(mai)的哥(ge)本(ben)哈(ha)根動物園
采集時間
2020年9月與12月
采集點選擇
1、Stable：室內-155平米，居住著Okapi johnstoni與Cephalophus natalensis（圖1A）
2、Open air：其中包含多(duo)種(zhong)哺乳動物和其他陸地脊椎(zhui)動物的(de)多(duo)個室外圍墻（圖(tu)1A/B）
3、Tropical house：室(shi)內-442平米/2200立方(fang)米，其中(zhong)居住著多種(zhong)小型(xing)脊椎動(dong)物(wu)（圖1A）
儀器
1、真空水(shui)過濾-吸(xi)塵器：8.8立(li)方米/min，濾膜孔徑：0.22um
2、F8級百褶纖維顆粒過濾器的鼓(gu)風(feng)機：0.8立方米/min，電壓：24V
3、F8級百(bai)褶纖(xian)維顆(ke)粒過濾器的(de)鼓(gu)風(feng)機：0.03立方(fang)米/min，電壓：5V
標記基因選擇
線(xian)粒(li)體標(biao)記基因-95bp：
5’-CGGTTGGGGTGACCTCGGA-3’
5’-GCTGTTATCCCTAGGGTAACT-3’
12S基因-97bp：
5’-TTAGATACCCCACTATGC-3’
5’-TAGAACAGGCTCCTCTAG-3’
human blocker：
5’～3’—GCGACCTCGGAGCAGAACC-spacerC3
5’～3’—TACCCCACTATGCT TAGCCCTAAACCTCAACAGTTAAATC-spacerC3
實驗(yan)流程
通過在不(bu)同(tong)的地點使用(yong)空氣(qi)(qi)采集器進(jin)(jin)行(xing)收集其(qi)周圍環境(jing)中的空氣(qi)(qi)，其(qi)中包含來自各種來源(yuan)的遺傳物質，例(li)如(ru)唾液(ye)、尿液(ye)以(yi)及糞便等小到足以(yi)漂浮在空氣(qi)(qi)中的顆粒。接著，對(dui)空氣(qi)(qi)收集器當中濾(lv)膜進(jin)(jin)行(xing)DNA提取，再利用(yong)特(te)(te)異引物進(jin)(jin)行(xing)PCR擴增獲得對(dui)應物種的特(te)(te)定DNA（同(tong)時去除人(ren)源(yuan)DNA）進(jin)(jin)行(xing)建庫上機測序，最終將(jiang)測序的數據與DNA的參(can)考數據庫進(jin)(jin)行(xing)比對(dui)分析，以(yi)鑒定檢(jian)測到的物種信息(xi)（圖2）。
圖2
實驗結果(guo)
在三(san)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)地點，共收(shou)集(ji)了(le)40份(fen)樣本，檢(jian)測到了(le)49種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)非(fei)人類脊(ji)椎動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)DNA，主要包括：30種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)哺乳動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，13種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鳥(niao)類，4種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)魚類，1種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)兩棲動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)以(yi)及1種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)爬行(xing)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)（圖(tu)3所示(shi)）。在這49種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)中有38種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園內已(yi)有的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，3種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)用于動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)飼(si)料的(de)(de)(de)魚類，3種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園內已(yi)知害(hai)蟲，其余(yu)5種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)野生動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)或是(shi)已(yi)知的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園周邊的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。而進一步分析，發現風向(xiang)是(shi)影響(xiang)實驗(yan)結果(guo)因(yin)素之一，例如(ru)在動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園的(de)(de)(de)南部采集(ji)位置僅(jin)檢(jian)測到北部的(de)(de)(de)一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，而當時(shi)的(de)(de)(de)風來(lai)自(zi)西南，南，東南和東部，北部沒有吹來(lai)的(de)(de)(de)風（圖(tu)1）；同時(shi)，也發現了(le)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園內人員(yuan)流動(dong)(dong)(dong)(dong)也是(shi)會影響(xiang)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)園動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)eDNA，例如(ru)在Tropical house，經常被投喂食物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)（袋鼠或山羊等）并未被檢(jian)測到。
圖3
討論
在(zai)2022年(nian)同月，倫敦(dun)大學(xue)瑪(ma)麗(li)皇后學(xue)院也使用相同的(de)(de)技(ji)術手(shou)段，在(zai)Hamerton Zoo ParK內檢測(ce)到25種(zhong)(zhong)哺乳動物(wu)(wu)和鳥類的(de)(de)DNA，甚至(zhi)(zhi)包括在(zai)英國瀕臨滅絕的(de)(de)歐亞(ya)刺猬的(de)(de)DNA（IF：10)。雖(sui)然(ran)(ran)此項技(ji)術方(fang)(fang)案的(de)(de)結果，容易受到多種(zhong)(zhong)環境(jing)因素的(de)(de)影響，但是整體(ti)結果還是比(bi)較接近(jin)自(zi)然(ran)(ran)情況，甚至(zhi)(zhi)還可以(yi)檢測(ce)到未(wei)被發(fa)現(xian)的(de)(de)物(wu)(wu)種(zhong)(zhong)。而鑒于目前全球氣候以(yi)及(ji)(ji)生物(wu)(wu)多樣性(xing)的(de)(de)危機，通(tong)過空氣采集(ji)物(wu)(wu)種(zhong)(zhong)DNA的(de)(de)方(fang)(fang)法，可以(yi)徹底改(gai)變陸(lu)地(di)生物(wu)(wu)監測(ce)的(de)(de)方(fang)(fang)式，并(bing)且能夠(gou)時(shi)時(shi)跟蹤(zong)動物(wu)(wu)群落的(de)(de)組(zu)成以(yi)及(ji)(ji)及(ji)(ji)時(shi)發(fa)現(xian)非本(ben)地(di)物(wu)(wu)種(zhong)(zhong)的(de)(de)入侵。
文(wen)獻：Lynggaard, C., et, al. (2022). Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring. Current Biology.//doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.014
