计数鱼©Getty Images

环境DNA和海洋物种的狩猎

所谓的“环境DNA”是帮助保护主义者跟踪海洋物种

作为大量潜水潜水员会告诉你,他们很少在合适的时间发现自己在正确的地方,以发现鲸鲨,沐浴鲨,锤头或任何其他鲨鱼物种优雅地滑行。鲨鱼研究人员在学习中面临着同样的困境。他们会在海上度过的日子和几周,希望鲨鱼遭遇鲨鱼。常规调查涉及水肺潜水,设定钓鱼线以捕捉鲨鱼或将摄像机降至大海,以及鲨鱼可能会出现并咀嚼的诱饵大块。但现在有一个更快和更便宜的鲨鱼跟踪工具 - 充满海水的桶。

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“海洋是DNA的汤,”佛罗里达州国际大学的博士后研究员Judith Bakker说。 “从小浮游生到巨大的鲸鱼的一切都不断留下DNA的痕迹。”

深海矿业©Alamy

遗传物质的小片段来自粘液,皮肤细胞,尿液和粪便。在过去的10年中,科学家们已经介绍了如何收集这些小型DNA片段 - 被称为环境DNA或edna - 并将它们转换为在没有实际看到它们的情况下追踪物种的强大工具。

在一项研究中遍布新喀里多尼亚的太平洋岛和加勒比地区的各种景点,Bakker筛选的水样用于鲨鱼EDNA。 “几年前,人们非常持怀疑态度,”她说。 edna技术最初是开发的,以研究土壤微生物和后来的溪流和池塘,寻找侵入性物种,如美国牛蛙。抓住海洋科学家花了一段时间,因为他们认为没有足够的DNA来检测通过这些庞大的水体游泳的物种。但Bakker和她的同事承担了挑战,最终精细调整了鲨鱼的技术。 “许多鲨鱼种群被占据了,他们受到威胁,”巴克说。她解释说,有效保护计划的第一步是知道存在哪些物种,埃德纳可以帮助做到这一点。

首先得到DNA

对于所有水生EDNA研究,Bakker使用的技术基本相同。首先,她向海上的每个采样网站上的电机,舀出几升水,并通过细过滤器倾倒,以依靠最近柔软的所有物种捕获DNA片段。回到实验室中,Bakker添加了一个底漆,将鲨鱼DNA的所有片段挑出。引物是短的DNA或RNA链,其用作高度特异性的魔术条带,仅适用于特定的DNA序列,在这种情况下仅仅是鲨鱼特异的代码。接下来,她使鲨鱼EDNA片段的多个副本并将它们送入高通量测序机。 24小时左右机器生产具有大量DNA序列的巨大数据文件,然后她与已知的DNA数据库进行比较,以解决edna碎片来自的物种。

迄今为止,她的研究迄今为止检测到21种鲨鱼物种,并显示出免受钓鱼的海洋的部分具有更大的鲨鱼多样性。在禁止商业鲨鱼钓鱼的巴哈马,巴克发现了​​11种edna。在牙买加和伯利兹的不太受保护的水域中,她只发现了几个不同的鲨鱼。

埃德纳的一个主要好处是它不是侵入性 - 你不必抓住和处理鲨鱼,这可以强调它们。此外,该技术避免了由不同物种的行为怪癖引起的任何偏差。 “如果你去钓鱼,你可能会抓住五只虎鲨,”巴克说,“但也许你不抓住牛鲨,因为他们只是没有被钓鱼线吸引。”

来自蒙彼利埃大学的Germain Boussarie领导的新喀里多尼亚最近的一项研究表明,EDNA越来越优于其他调查。在两周的实地工作期间收集的水样提供了DNA,该DNA确定了更多鲨鱼种类,而不是在两年内检测到的水下疫苗的摄像机研究和成千上万的水肺潜水。 EDNA样本发现90%的鲨鱼,相比之下,相机研究中只有50%,潜水调查中的15%。

但仍然有些鲨鱼缺失。在加勒比地区工作,Bakker和她的同事经常看到护士鲨鱼,但未能找到任何edna的痕迹。问题归结为引物。 “他们只是不喜欢附加到护士鲨鱼DNA,”Bakker说。修复此引物不匹配是她希望在未来几年在edna技术中看到的改进之一。
在水中的DNA片段是金发姑娘质量:它不会太快或徘徊太长时间才能有用。如果发现了虎鲨的edna,那么一个可能在最后一天或两个人附近游泳。任何盐水,紫外线和细菌都会脱落,直到碎片太小而无法检测到。 Bakker希望这项技术的进步很快让她不仅要制定鲨鱼在那里,而且还有多少。目前,埃德纳只能在丰富的丰富猜测。 “我们可以说,这面积的鲨鱼很可能比该地区更多的鲨鱼,”她说。

在格陵兰岛海岸,一项研究表明,埃德纳可以彻底改变渔业被监测的方式。研究人员收集了水样并从30多种鱼类家庭中提取了edna,其中包括许多在商业渔业中很重要。该团队发现,EDNA丰富的广泛匹配了他们在同一地区传统拖网调查中捕获的鱼量。新技术还可以帮助调查在拖网网中展现的物种。他们发现了来自格陵兰鲨的许多埃德纳,可以居住500年的虚幻巨人。但拖网调查只抓住了一个格陵兰鲨鱼,这表明许多人避免了网。

打电话给无人机

在未来几年内,渔业科学家可以开始放弃拖网调查,而是使用edna计算鱼。并收集水样,科学家们甚至可能会扔掉他们的桶,并开始发出一批无人机和水下机器人来获得水。已经存在海洋滑翔机,看起来像微型潜艇和飞机之间的交叉,配有科学传感器和仪器。它们可以被编程为在海上沿着千公里导航,在盐度和温度下聚集测量。这些机器人配备了水采样装置,可以成为EDNA研究的首选研究工具,开放偏远的海洋的遥远延伸,否则为科学家们来说,包括在深海中,包括在海浪下面数公里。

外星物种监视

Judith Bakker收集海水样品的edna材料它包含©Angelo Villagomez
Judith Bakker收集海水样品的edna材料它包含©Angelo Villagomez

环境DNA为外星侵入性物种进行了理想的预警系统 - 发现自己在他们未预期或想要的地方的生物。给出了一半的机会,许多成功的入侵者将迅速繁殖和释放经济和环境破坏,如斑马贻贝,这些斑马贻贝阻挡了水处理植物和中国手套螃蟹的进气管,用他们的洞穴崩溃了河岸。 DNA片段可以显示当潜在的侵入性物种以少数较小并且尚未成为害虫时。发现入侵越早,越可能的控制措施是工作。

从池塘和蛤蜊到钓鱼和海绵,edna用于监测各种侵入性物种。在美国,EDNA帮助保护主义者在池塘中沉浸在池塘中,或者如果它仍然没有猪,则帮助您彻底退化。随着气候变化,随着温度上升和更多物种试图通过移位的范围来补偿,侵权可能变得更加问题。

我们已经看到物种的蔓延到英国水域,如地毯海喷射,一个玻璃上,散装的快速生长的动物,包括其他海狮,包括贝类农场的牡蛎和贻贝。

狩猎古代野兽

遥控无人机可用于收集来自海洋深度的EDNA©Getty Images
遥控无人机可用于收集来自海洋深度的EDNA©Getty Images

对于陆地科学家来说,少数土壤可以告诉他们哪些动物通过它爬行或扔翅膀上的翅膀。一大块多年冻土甚至可以揭示数千年前,羊毛庞大的猛犸象过去。阿拉斯加埃德纳研究表明,猛犸象仍然活着,直到10500年前,近2000年后比以前的基于庞大骨折。如果这种新的灭绝日期准确,这意味着人类和猛犸象有几千年共存。

在禁止商业鲨鱼钓鱼的巴哈马,巴克从11种发现edna

进入过去的气候和生态系统的见解也来自edna。从格陵兰造成的冰核含有来自针叶树和昆虫的edna痕迹,表明现在躺在两公里的冰盖下的土地曾经是一个繁荣的森林。

这种尖端技术也可能终于解决了几个世纪的历史难题。一群国际科学家们,称自己是超级自然历史队,是苏格兰的探索湖。如果一个怪物真的在黑暗的深处真的潜伏,他们计划找到一次和所有人。他们解码的EDNA序列应该展示任何未知的物种是否在那里生活,同时也揭示了这一点的较大的生物多样性,英国最大的淡水体。


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