新的數(shù)字游戲：追蹤水怪，保護物種

戴涵

“解開”水怪謎團

尼斯湖水怪存在嗎？對全世界的人來說，它一直是個謎。幾十年來，不斷有人說自己看見了湖中的巨大生物。但是，盡管科學家使盡渾身解數(shù)（包括使用潛艇和聲吶等），但始終沒有發(fā)現(xiàn)這個神秘的怪物。

2018年，一個“超級自然歷史”科學家小組聲稱“差不多”解決了這個謎團，一下子吸引了人們的注意力。

他們在蘇格蘭尼斯湖上花費了幾周時間來收集湖水，并將這些水運回實驗室進行檢測。他們想在這些樣本中找到湖中生活的所有野生生物留下的痕跡，即所謂的“環(huán)境DNA”，又稱“eDNA”。

對物種進行追蹤的傳統(tǒng)方法有：“捕獲并標記”（對捕捉的物種進行標記并放生觀察）和“陷阱攝像機”（將攝像機隱藏起來秘密拍攝）。這些方法通常比較耗費時間，而且價格昂貴，更重要的是還不一定能產(chǎn)生準確的結(jié)果。有時候更得看運氣——想捕捉的物種并不總是會及時出現(xiàn)，而且即使出現(xiàn)也不總是會剛好出現(xiàn)在攝像機鏡頭里。

eDNA提供了一種新的方法。動物在經(jīng)過特定環(huán)境的時候——無論是在水里、普通土地還是雪地，都會留下一些痕跡，例如脫落的皮膚細胞、粘液、尿液或者糞便等。

由于可以從最細小的有機組織樣本中提取DNA，因此，這樣的樣本可以為科學家提供足夠的信息來確定有關該生物的詳細情況。通過將從尼斯湖收集的“eDNA”與已知的物種進行比較，該小組人員就能夠知道湖中真實存在哪些物種，哪些不存在。

很遺憾，他們并沒有發(fā)現(xiàn)任何怪物的痕跡，也沒有發(fā)現(xiàn)任何鲇魚、鱘或鯊魚（有人認為所謂的水怪很可能是它們）的DNA。最終，該小組的結(jié)論是，這個怪物最有可能是“巨型鰻魚”。

為物種保護搜集數(shù)據(jù)

eDNA分析當然不只是用來尋找神秘怪物，它在動物保護方面也被派上了用場。蠑螈是英國重點保護動物，它們是水陸兩棲生物。在今天的英國和歐洲，由于池塘和繁殖地的減少，它們的數(shù)量也在銳減。多年來，它們一直是現(xiàn)代建筑業(yè)的受害者，因此，只有將它們轉(zhuǎn)移到另一個合適的棲息地，才有可能保證它們繼續(xù)生息繁衍。因此，監(jiān)視它們的存在已成為一項艱巨的任務。

由于蠑螈是夜行生物，傳統(tǒng)的做法是，研究人員要在夜間苦苦守候——即使這樣也無法準確地監(jiān)測它們。采用了eDNA分析，研究人員只需在白天進行采樣，需要的人力和占用的資源大大減少了。

此外，eDNA分析在徹底改變?nèi)蚱h地區(qū)的保護項目。例如，科學家正在通過從雪地足跡收集毛皮樣本來追蹤北極熊。通過分析這些樣本中的DNA，科學家們能夠找出一頭熊的活動軌跡，并繪制其家譜。以這種方式收集樣本比傳統(tǒng)的方法（安裝跟蹤項圈）要容易得多，并且可以更準確地知道物種數(shù)量。

類似地，在中美洲加勒比海地區(qū)，eDNA分析也被用來研究鯊魚，并取得了非常不錯的成果。例如，2017年的一項研究表明，在禁止商業(yè)捕魚的海洋地區(qū)，如巴哈馬群島，鯊魚數(shù)量眾多;而在未得到充分保護的水域，如牙買加和伯利茲，鯊魚數(shù)量很少。在另一項在新喀里多尼亞的研究中，研究人員花費了兩周時間來采集了水樣本，然后進行DNA分析，獲知了許多鯊魚的種類，比采用傳統(tǒng)方法——耗時兩年的潛水拍攝——獲知的種類更多。

追蹤外來物種

由于eDNA采樣相對快速、容易，因此可以更快更準確地繪制出整個生態(tài)系統(tǒng)。例如，研究人員就用它繪制出了秘魯北部亞馬孫河的一條主要支流——馬拉尼翁河流域的生態(tài)。他們在該河流域精心挑選了40個不同的點來收集樣本，然后進行分析。在樣本中，他們發(fā)現(xiàn)了600多種脊椎動物的痕跡，其中包括很多魚類，也有各種各樣的陸地脊椎動物，例如美洲虎、食蟻獸、蝙蝠和夜猴等。

eD N A分析也可以幫助提防外來物種入侵。以澳州的羅非魚為例，它最早被發(fā)現(xiàn)是在1978年，當時它只在澳大利亞北部的一個小鎮(zhèn)出現(xiàn)，但現(xiàn)在在該國很多沿海地區(qū)都有分布。澳大利亞如今將羅非魚視為有害魚類，不允許人工養(yǎng)殖（違規(guī)飼養(yǎng)罰款高達20萬澳元），怕的是它們逃脫造成進一步泛濫。但即使采用高額罰款措施，也很難遏止羅非魚的瘋狂增長。避免出現(xiàn)這種局面的關鍵在于，要盡早捕獲入侵者，并在數(shù)量過高之前采取控制措施。

類似的例子還有，在英國，斑馬貽貝的入侵阻塞了一些污水處理廠的管道，中華絨螯蟹的入侵使得不少河岸崩塌。如果eDNA采樣被更早地應用，那么這些入侵者可能在它們?nèi)肭种熬鸵训玫娇刂啤?h3>重建遠古動物生活場景

對DNA進行追蹤還可以了解過去。2 016年，在一項分析古代DNA的研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)，阿拉斯加圣保羅小島上的猛犸象竟然活到了5600年前，比根據(jù)骨骼推算的時間晚了2000年。以前人們無法確定它們?yōu)楹螘缃^？因為它們沒有被獵殺，而且在人們認為它們滅絕的那段時間里，氣候也很穩(wěn)定?，F(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，在新推算出來的時間里，猛犸象飲用的水源變得很咸，由此看來，它們的滅絕很可能是因為沒有合適的水喝。

科學家表示，從湖泊、洞穴和其它環(huán)境的古代沉積物中收集DNA并分析，可以幫助我們重建過去幾十年甚至幾千年 的整個生物群落。它可以準確地告訴我們物種什么時候進入該區(qū)域，或什么時候從那里消失，以及與過去的氣候變化有何關系。知道了這些，就可以預測生物群落對當前的氣候變化會有什么反應。

建立物種數(shù)據(jù)庫

eDNA分析也有一些局限性。例如，樣本的提取和分析只能在實驗室中進行，而且只能識別某種物種是否存在，但卻無法知道其具體數(shù)量，也無法知道該物種的年齡。

但是，它的優(yōu)勢更加明顯。無論什么物種，無論其在什么生命階段、無論其數(shù)量多少，樣本都可能被收集，無論在什么時間、什么地點都可以收集樣本，而且很多人都可以勝任這項工作。更重要的是，eDNA分析可以提供大量以前沒有的有關生物多樣性的數(shù)據(jù)。

科學家們認為，就氣候變化來說，我們可以通過“測量排放量和二氧化碳水平，進而設定目標、評估進展，并不時報告”這一方法，來延緩變化的發(fā)生。但是在保護生物多樣性方面，我們從來做不到這樣。地球上一直有不同的物種在滅絕，如果能夠生成大量的、準確的數(shù)據(jù)將有助于解決這一問題。事實上，科學家們都非常認可eDNA分析。盡管它不能完全取代傳統(tǒng)的采樣方法，但如果將它們結(jié)合使用，很顯然將為我們提供大量的數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)，我們就可以制定出相應的策略，來保護我們的物種免受當前環(huán)境的沖擊。