很难保护你找不到的东西。斯坦福大学的一项新研究表明，对动物遗留下来的DNA进行土壤采样，可以为动物保护工作提供有价值的信息——成本和时间大大低于目前使用的方法，如相机陷阱。
一个夜视摄像机捕捉到这张照片，美洲狮在斯坦福大学的贾斯珀岭生物保护区的溪流中饮水。(图片来源:碧玉岭生物保护区)
1月14日发表在《英国皇家学会学报B辑》(Proceedings of The Royal Society B)上的这一过程也被证明能够有效地区分不同动物之间的基因差异，用传统的追踪方法，这是一项艰巨的任务，甚至可能揭示了此前未知的物种多样性，研究人员说。尽管这项技术还需要改进，但作者乐观地认为，它有一天会彻底改变野生物种的研究。
“我们需要在识别和追踪动物的方式上有一个量子飞跃，”该研究的主要作者、斯坦福大学生物学博士后研究员凯文·利姆普尔(Kevin Leempoel)说。“可能是这样。”
一个充满希望的解决方案
根据国际自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature)的最佳估计，四分之一以上的动物物种都面临着灭绝的威胁。环保人士记录了地球上每个地区动物数量的极端下降。
监测生物多样性最有前途的工具之一——大规模保护工作的关键——是研究废弃动物材料(如毛发、粪便、皮肤和唾液)中的环境DNA，或称eDNA。提取DNA后，科学家对其进行排序，并将其与在线DNA序列数据库进行比较，以识别物种。这是一个相对快速，低维护的过程相比，传统的方法，如生活诱捕，动物跟踪和相机诱捕，研究物种多样性，分布和丰富。研究人员花了大约4500美元购买除实验室设备外的所有研究用品。使用相机陷阱进行的类似研究的花费可能是前者的两倍多。
尽管有明显的优势，关于eDNA分析的有效性的问题仍然存在。这在一定程度上是因为迄今为止大多数研究只在海洋和淡水环境中进行。在陆地上进行的为数不多的研究中，大多数是在封闭的区域，如动物园，或局限于少数物种。
看不见的
在斯坦福大学占地1193英亩的碧玉岭生物保护区工作的Leempoel和他的同事们研究了土壤中的eDNA。他们不仅鉴别出了在过去四年中几乎所有被相机捕捉到的动物，还发现了一些小型哺乳动物的基因证据，包括蝙蝠和田鼠，这些动物很少被相机捕捉到。这些生物很可能逃过了摄像机的视线，因为它们太小了，无法触发镜头。总的来说，在动物出现的30天内，有80%的几率在一个地方发现动物的eDNA。
eDNA的另一个优势是可以区分看起来相似的物种。例如，研究人员在土壤样本中发现了挪威大鼠的DNA，首次证实该地区存在这种物种。之前的相机调查无法分辨挪威和黑鼠的区别。
与摄像机记录和其他观察结果相比，eDNA识别似乎与动物在该地区出现的频率和时间紧密相关。分析没有发现任何关于獾的线索——过去四年里没有在摄像机上记录——家养的猫或黄鼠狼——在过去两年里只被摄像机捕捉到几次。
”确凿的动物的照片和他们的基因仍在环境,本研究揭示了隐藏在陆地生态系统生物多样性和如何这些艾德娜技术将在其他地方工作,”研究高级作者伊丽莎白·哈德利说,保罗·s和比利阿基里斯环境生物学教授在斯坦福大学人文科学学院。
迈向新范式
尽管有这些积极的结果，eDNA分析的潜力仍然存在问题。科学家们不知道一个动物必须多久经过一个特定的区域才能在eDNA样本中被检测到，也不知道这个通道必须有多近。如果像研究人员推测的那样，一只动物的大小影响了它留下的DNA的数量，那么一些动物将很少被取样，而另一些动物将被过度代表。没有人知道为了获得最大的准确性，应该收集多少样品，多少体积样品，哪种环境来源——土壤或者其他什么——是最通用的，或者是否所有的物种都可以通过eDNA分析检测到。
研究结果似乎高估了某些物种，比如美洲狮和山猫，这可能是因为猫科动物经常用尿液和粪便标记它们的领地，也因为它们经常使用研究人员采集土壤样本的路径。一般来说，我们不可能知道这些动物的皮、毛皮或干的粪便是由风还是其他以动物为食的物种运输的。
也许最重要的是，不完整的DNA数据库和研究设计的局限性使得很难检测到该地区存在的所有物种，并导致研究人员使用的基因测序方法中至少有两种结果不一致。分析eDNA仍然相对耗时，因为已经证实的协议尚未建立。尽管如此，研究人员仍然对这种方法的前景感到乐观。
Leempoel说:“eDNA的整体准确性，再加上基因测序成本的降低和新的便携式测序仪的出现，使它有可能成为未来十年生物多样性调查的标准。”
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哈德利还是斯坦福大学贾斯珀·里奇生物保护区的主任，斯坦福大学Bio-X的成员，斯坦福森林环境研究所的高级研究员。贾斯珀里奇生物保护区的学术技术专家特雷弗·赫伯特(Trevor Hebert)也参与了这项研究。
这项研究由瑞士国家科学基金会、斯坦福大学梅隆基金和霍华德休斯医学研究所资助。
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