公民科學(xué)家正從數(shù)百個(gè)湖泊中收集DNA

莫莊非/編譯

大型環(huán)境DNA項(xiàng)目將為全球生物多樣性拍下創(chuàng)紀(jì)錄的快照。

在一個(gè)史無(wú)前例的項(xiàng)目中，研究人員正在利用公民科學(xué)的力量，從全球數(shù)百個(gè)湖泊中收集DNA樣本。由此得到的環(huán)境DNA（eDNA），不僅是迄今從水生環(huán)境中一天內(nèi)收集到的最大規(guī)模遺傳信息量，還有助于更全面了解全球生物多樣性情況，讓科學(xué)家更深入理解物種隨時(shí)間的遷移。

科學(xué)家越來(lái)越多地使用eDNA（所有生物體都會(huì)脫落）來(lái)評(píng)估特定環(huán)境中物種的存在。研究人員表明，可以從水、土壤、冰芯和空氣監(jiān)測(cè)站的過(guò)濾器中低成本而高效率地提取它。它甚至被用于尋找多年未發(fā)現(xiàn)的瀕危物種，例如科學(xué)家通過(guò)這個(gè)方法檢測(cè)到曾認(rèn)為在1960年代就滅絕的一種巴西青蛙，推測(cè)為博卡巨斑藻青蛙（Megaelosia bocainensis）。

蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的環(huán)境科學(xué)家克里斯蒂 · 戴納（Kristy Deiner）領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)大型湖泊項(xiàng)目。她表示，eDNA分析意味著科學(xué)家監(jiān)測(cè)生物多樣性的“范式轉(zhuǎn)變”。戴納的研究團(tuán)隊(duì)已收到來(lái)自101個(gè)國(guó)家500多人的申請(qǐng)——要求參與圍繞當(dāng)?shù)睾吹膃DNA收集工作，并將樣本運(yùn)送至蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。

丹麥奧胡斯大學(xué)的環(huán)境科學(xué)家、湖泊項(xiàng)目志愿者之一菲利普 · 湯姆森（Philip Francis Thomsen）表示，這些全球規(guī)模的項(xiàng)目“確實(shí)是eDNA研究領(lǐng)域所需要的”。

項(xiàng)目協(xié)調(diào)員卡蒂亞 · 佩雷拉（Cátia Lúcio Pereira）說(shuō)道：“通過(guò)讓公民參與，我們不僅擴(kuò)大了采樣的地理范圍，還培養(yǎng)了公眾的主人翁意識(shí)和對(duì)全球生物多樣性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)?！?/p>

生物多樣性監(jiān)測(cè)大有可為

生物多樣性監(jiān)測(cè)將因eDNA受益無(wú)窮，但研究人員也認(rèn)識(shí)到它并不完美。例如，收集于某地的DNA可能來(lái)自剛剛短暫經(jīng)過(guò)該地而非生活于此的物種?？茖W(xué)家尚不清楚環(huán)境中微生物對(duì)DNA的吸收、高溫以及紫外線(xiàn)輻射等因素會(huì)怎樣降解那些脫落的遺傳物質(zhì)，或者說(shuō)，怎樣改變eDNA的檢測(cè)結(jié)果。

戴納承認(rèn)存在局限性，但也表示eDNA監(jiān)測(cè)技術(shù)自幾十年前首次使用以來(lái)已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。她和團(tuán)隊(duì)計(jì)劃仔細(xì)處理收到的樣本，提取遺傳物質(zhì)并擴(kuò)增以分析樣本主人的身份。戴納說(shuō)道：“我們現(xiàn)在正在做完善工作?！?/p>

戴納也覺(jué)得eDNA從一個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個(gè)區(qū)域未嘗是件壞事，甚至有好處。大約十年前，戴納開(kāi)始研究eDNA如何在河流里遷移。她認(rèn)為，遺傳物質(zhì)可以從土壤進(jìn)入河流，并順流抵達(dá)湖泊，因此湖泊是eDNA取樣的理想地點(diǎn)，科學(xué)家可以此了解整個(gè)地區(qū)或流域的物種多樣性。

她的項(xiàng)目名為L(zhǎng)eDNA（“Lake eDNA”的縮寫(xiě)），旨在證明湖泊里的eDNA不僅代表居住湖中的物種，還代表生活在湖泊周?chē)妥⑷牒吹暮恿餮匕兜年懮鷦?dòng)物。此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還將研究地理區(qū)域之間物種豐富度的差異，并嘗試揭示不同棲息地的物種如何相互作用。

當(dāng)?shù)夭蓸?/p>

戴納團(tuán)隊(duì)通過(guò)社交媒體、與其他eDNA研究人員建立聯(lián)系以及接觸公民科學(xué)團(tuán)體等多種方式，為L(zhǎng)eDNA招募志愿者。參與者被就近分配至全球湖泊精選列表（列表共有5000個(gè)湖泊）中的一個(gè)。

戴納說(shuō)道：“我們真的很努力地嘗試這個(gè)領(lǐng)域的許多方面。這些樣本是全球性努力的成果。”

佩雷拉表示，雖然項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)尚未最終確定要采樣的湖泊，但他們的目標(biāo)是分析大約800個(gè)湖泊。研究人員還表示，他們的招募階段已基本結(jié)束，不過(guò)也希望在亞洲、北非和中東招募更多志愿者。

志愿者被分配到一個(gè)湖泊后，將收到指示和水樣過(guò)濾器。他們都計(jì)劃在同一天（5月22日，即國(guó)際生物多樣性日）收集樣本，不過(guò)若有需要，還有兩周的靈活收集時(shí)間。

弗朗西斯 · 湯姆森（Francis Thomsen）指出，數(shù)百人采集樣本可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題——取決于每個(gè)人遵循發(fā)送給他們的設(shè)置協(xié)議的程度。但另一方面，eDNA采樣比其他生物多樣性監(jiān)測(cè)方法更易標(biāo)準(zhǔn)化，如果應(yīng)用其他生物多樣性監(jiān)測(cè)方法，工作人員通常必須親自定位和識(shí)別某個(gè)物種。

佩雷拉表示，團(tuán)隊(duì)意識(shí)到數(shù)據(jù)質(zhì)量可能受到威脅，所以讓志愿者擁有相同的采樣套件，并接受有關(guān)采樣的深度培訓(xùn)。

參與該項(xiàng)目的一個(gè)好處，特別是對(duì)于eDNA科學(xué)家來(lái)說(shuō)，是當(dāng)?shù)睾献骰锇閷⒛軌蛟谧约旱难芯恐惺褂盟麄兊臄?shù)據(jù)，并能夠在 LeDNA出版成果中體現(xiàn)貢獻(xiàn)。

加州eDNA項(xiàng)目主任雷切爾 · 邁耶（Rachel Meyer）表示：“這類(lèi)項(xiàng)目美妙之處在于它具有參與性?！崩浊袪栠@個(gè)項(xiàng)目由加州大學(xué)研究人員運(yùn)營(yíng)，負(fù)責(zé)將志愿者與科學(xué)家配對(duì)，以收集全州的eDNA樣本。“如果人們想要的話(huà)，數(shù)據(jù)就在那里，而且有足夠的動(dòng)力去獲得它?！?/p>

資料來(lái)源 Nature