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新的环境DNA计划使保护研究更快更有效

  • 2019-07-07 18:20:11

据估计,每天有一个人脱落30,000到40,000个皮肤细胞。这些细胞及其相关的DNA在淋浴,尘埃中留下了遗传痕迹,几乎无处不在。

其他生物也会排出细胞,在整个栖息地留下痕迹。这种剩余的遗传物质被称为环境DNA或eDNA。使用eDNA的研究大约在十年前开始,但主要局限于一小批生物学家,他们也是计算机和大数据方面的专家。然而,加州大学洛杉矶分校的一个新工具可能会使该领域更容易获得并且对更多的科学家有用。

加州大学洛杉矶分校的一个研究小组最近推出了Anacapa工具包-开源软件,使eDNA研究更加容易,使研究人员能够快速检测出各种物种并产生易于理解的可分类结果。

为了使用Anacapa,科学家们首先收集样本 - 通常是水或土壤 - 然后他们提取DNA进行测序,以确定DNA的分子组成。然后Anacapa对这些序列进行分类,并将未知样本与遗传参考库进行比较,就像“CSI”的法医科学家那样,该库可定制,使研究人员能够根据需要寻找少数或多种物种,因为这些物种存在遗传样本。

结果是样本中发现的所有物种的电子表格,允许科学家从一点点水或土壤重建整个生物群落,加州大学洛杉矶分校生态学家和创建该工具的研究团队成员Paul Barber说。新软件可以为保护工作带来福音。

“环境DNA有可能改变资源管理者如何监控他们负责的生态系统,”巴伯说。“今天如此多的监控是通过将人们放在地上或水中来进行的。这些技术不仅昂贵且耗时,而且还没有能力检测到你不在的东西。 “

加州大学洛杉矶分校的博士候选人扎克·金(Zack Gold)是该研究平台开发的重要成员,他亲眼目睹了该工具的实用性。

“我在南加州海岸度过了300多个小时的水肺潜水,看到了50种鱼类,”Gold说。“现在,在一升海水中,我的记录是90种。”

该工具包对公众免费,使其成为CALeDNA的自然之选,CALeDNA是加州大学的一个项目,通过将志愿者社区科学家与专家研究人员配对来监测加州的物种和栖息地。到目前为止,CALeDNA已经收集了数以千计的样本和照片,形成了科学家可以用来了解野火和干旱等因素如何影响野生动物的信息基础。

由16名研究人员组成的团队,包括计算机科学家和生态学家,花了两年时间创建了Anacapa工具包。Emily Curd是加州大学洛杉矶分校的博士后研究员,也是该论文的主要作者,该论文确立了其有效性,该论文发表在“生态学与进化方法”上。她说,Anacapa的eDNA研究的最终产品是标准化的,并消除了许多人类步骤和潜在的失误 - 以前的工具包括。

“当你将我们的研究结果与之前的研究进行比较时,我们会更好地捕捉那里的生物多样性,”Curd说。

“这是一个非常灵活的工具,”她补充道,并指出其巨大的潜在应用。

它可以用来确定一个物种是否可能灭绝,就像难以捉摸的象牙喙啄木鸟或者vaquita一样。

另一个例子是定位对本地野生动物构成威胁的入侵物种。环境DNA在密歇根州被用于此目的,美国第七巡回上诉法院发现eDNA结果是有效证据支持亚洲鲤鱼无法进入五大湖。最后,陆军工程兵团被派出并恢复了一条活鲤鱼。

“这种技术对这种技术的敏感程度令人惊讶,”Gold说,并指出来自少于几十个细胞的DNA足以进行检测。

在某些情况下,它可以使保护工作更加有效,从而消除了原本需要数百小时的实地工作和亲自观察的情况。

“我认为这是一个非常重要的改变游戏规则的人,”Gold说道,同时注意到Anacapa有一些局限性 - 包括它缺乏为研究人员提供可靠方法来确定某个特定物种中某一特定物种的能力的事实。 。“它不会取代所有的调查和监测工作,但进行eDNA调查是找到物种生活的最灵敏的方法。”

没有它,他说,获得这些基本信息可能需要多年的工作。

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