eDNA，搜索瀕危動物的大偵探

陸新

前不久，生物學(xué)家的朋友圈被一只龜刷屏了，確切來說，是一只鱉。4月，國際龜鱉生存聯(lián)盟在官網(wǎng)宣布：美國華盛頓州立大學(xué)的科學(xué)家通過檢測eDNA，在越南春慶湖發(fā)現(xiàn)極瀕危的斑鱉。

這條新聞有兩個關(guān)鍵詞：斑鱉和eDNA。讓我們一一來做名詞解釋，先從斑鱉開始。斑鱉是渾身布滿黃斑的橢圓形大鱉，背盤長度能超過1米。體重超過100公斤，是全世界300多種龜鱉里數(shù)量最少、最瀕危的，沒有之一。目前全世界發(fā)現(xiàn)了4只活著的斑鱉：中國兩只，都在蘇州動物園；越南兩只，分別在同莫湖和春慶湖。

中國人很早就認識了斑鱉。最著名的就是“黿鼉?yōu)榱弧钡牡涔?。傳說周穆王出師東征，到了九江，下令大肆捕殺黿、鼉，用以填河架橋，渡江伐越。這里的黿，就是斑鱉。半個世紀前，人們還能在江蘇、云南等地捕到不少斑鱉。但隨著過度捕捉和環(huán)境惡化，進入新世紀后，國內(nèi)再也沒有野生斑鱉的消息，最終只剩下蘇州動物園的兩只。

然而，科學(xué)家并沒有停下尋找斑鱉的腳步。所以這次，他們運用了動物保育領(lǐng)域如今最熱門的技術(shù)——eDNA。eDNA，全名environmental DNA，翻譯過來叫作環(huán)境DNA，是指在環(huán)境樣品中所有被發(fā)現(xiàn)的不同生物的基因組DNA的混合。講通俗點。就是科學(xué)家通過對土壤、沉積物、排泄物、空氣、水體等樣品進行研究。提取樣品中的各種DNA，分析這些DNA分別屬于哪些物種……也就是說，只要一壞土。我們就能知道哪些動物曾走過。這項技術(shù)提出于1987年。1990年第一次使用于微生物調(diào)查，2008年第一次用于檢測淡水中的物種。

eDNA并不是什么高深的學(xué)問，它的主要基礎(chǔ)技術(shù)就是我們高中學(xué)過的聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）。實驗證明，DNA在高溫時可以發(fā)生變性解鏈，雙鏈變成單鏈；溫度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈?？茖W(xué)家就通過溫度變化控制DNA的變性和復(fù)性，加入設(shè)計引物（即引子，是一小段單鏈DNA或核糖核酸，為DNA復(fù)制的起始點）和特定的酶，讓微量DNA在生物體外大幅復(fù)制、增加。所以。無論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是幾十年前兇殺案中兇手所遺留的毛發(fā)、皮膚或血液，只要能分離出一丁點的DNA，就能用PCR加以放大，進行比對?？梢哉f，現(xiàn)代生物研究、刑偵調(diào)查中，PCR功不可沒。1993年，其發(fā)明者穆利斯因此獲得諾貝爾化學(xué)獎。

不過。生物殘骸上的DNA信息畢竟比較集中，若是一杯水，里面的DNA信息就變得復(fù)雜、分散，光靠PCR技術(shù)誤差很大。所以，在eDNA研究中，科學(xué)家通過熒光標記的方式定量觀察需要的DNA。比如，我們在樣本中摻入會與斑鱉DNA反應(yīng)發(fā)光的物質(zhì)。若在PCR過程中發(fā)現(xiàn)熒光。就可以確認物種存在了。這種方式叫作實時熒光定量PCR，簡稱qPCR。

事實上。這些技術(shù)的操作遠比我們說得復(fù)雜?？茖W(xué)家們對eDNA的探索就像草原上找米粒一樣，工作量和難度都難以想象。但無論如何，eDNA依然是搜索稀有物種最有效的方法之一。中國科學(xué)家正準備利用這個技術(shù)在云南紅河調(diào)查，希望能找到第五只珍貴的斑鱉。