从饲料的腥味到粪便的臭味，动物园里的空气充满了各种令人印象深刻的气味。近日，丹麦和英国的科学家们发现，你在动物园闻到的还有生活在那里的动物的DNA。
发表在Current Biology杂志上的两项研究报告，研究人员成功通过对当地动物园空气进行采样，收集到足够的DNA来辨认附近的动物。这有望成为追踪生物多样性的一种有价值的、非侵入性的工具。
许多方式可以用来监测陆生动物，比如直接观察和通过摄像机观察，或间接通过它们留下的东西（如脚印或粪便）来监测。这些方法的缺点是可能要求研究人员密集的野外实地工作，并要求动物实体在场。例如，通过照相机监控动物需要知道将机器放在动物活动路径上的哪个位置，再筛选成千上万的图片，通常还需要一点运气。两个研究团队从他们过去对监测野生动物的研究中汲取了大量经验，他们收集了含有动物遗留DNA的样本，称为“环境DNA（environmental DNA, eDNA）”。这是一种成熟的技术，最常用于对水样中的eDNA进行测序来监测水生生物。研究人员希望在优化动物DNA真实检测的同时，避免样本中的污染。
“在我职业生涯的早期，我去了马达加斯加，希望看到很多狐猴。但实际上我很少见到它们，大多时候只是听到它们跳过树冠。”其中一篇论文的通讯作者、哥本哈根大学（University of Copenhagen）研究团队负责人Kristine Bohmann教授解释道，“因此对于许多物种来说，通过直接观察来识别它们往往需要大量的工作，尤其是当这些动物难以捉摸、生活在非常封闭或难以接近的栖息地时。通过捕获脊椎动物经空气传播的eDNA，使得我们甚至可以检测到那些看不见的动物。”每个研究小组都在当地的动物园进行了研究，并在园内各个地方收集样本，包括热带雨林馆和室内马厩这样的步入式圈地，以及露天的室外围场。每个研究小组使用不同的方法过滤空气中的DNA，但都成功地发现了两个动物园内外大量动物物种的存在。
▲Bohmann教授领导的研究团队收集到的空气样本（图片来源：参考资料[1]）比如，哥本哈根大学的研究团队为了收集空气中的eDNA，使用了商用水性真空吸尘器和两个带过滤器的鼓风机。鼓风机从动物园及其周围环境中吸入空气，其中可能包含来自各种来源的遗传物质，如呼吸、唾液、皮毛或粪便，并且小到足以漂浮在空气中。经过空气过滤后，研究人员从过滤器中提取DNA，再利用聚合酶链反应（PCR）技术对DNA进行扩增，以产生大量DNA拷贝。然后，研究人员再通过DNA测序，处理数以百万计的序列，最终将它们与DNA参考数据库进行比较，以鉴定动物物种。第二篇论文的第一作者、伦敦大学玛丽女王学院研究团队的负责人Elizabeth Clare博士表示：“与人们在河流和湖泊中发现的DNA相比，监测空气中的DNA真的很难，因为DNA在空气中似乎被超级稀释了。但对于不同的采样器、基因、位置和实验方法，我们的动物园所有效果都出乎意料地好。”该团队使用了连接到真空泵的过滤器来收集样本。
▲Clare博士领导的研究团队收集到的空气样本（图片来源：参考资料[2]）在每项研究中，研究团队都成功检测到了动物园内的动物和附近的野生动物。伦敦大学玛丽皇后学院的研究团队检测到了25种哺乳动物和鸟类的DNA，甚至包括在英国濒临灭绝的欧亚刺猬（Eurasian hedgehog）DNA。哥本哈根大学的研究团队检测了49种非人类脊椎动物的DNA，包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。此外，他们还在动物园中检测到了用作饲料的鱼类。两个团队都采取了广泛的措施来检查他们的样本是否被（包括实验室中已经存在的DNA）污染。研究人员表示，通过空气采样DNA的方法，可以彻底改变陆地生物监测的方式，并提供新的机会来跟踪动物群落的组成、以及检测非本地物种的入侵。
[1] Lynggaard, C., et, al. (2022). Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.014[2] Clare, E. L., et, al. (2022). Measuring biodiversity from DNA in the air. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.11.064[3] Zoo Air Contains Enough DNA To Identify The Animals Inside. Retrieved January 6, 2022, from https://www.eurekalert.org/news-releases/938896[4] DNA from air could revolutionize the way we measure animal biodiversity, say scientists. Retrieved January 6, 2022, from https://www.eurekalert.org/news-releases/938583
