海洋也可能是火星。就像天文學(xué)家正在抓住識(shí)別遙遠(yuǎn)星球上生命的方法一樣，海洋科學(xué)家也沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法來(lái)探測(cè)海洋生物在廣闊的水域中的存在。一項(xiàng)新興技術(shù) - 分析皮膚，鱗片和糞便中的DNA留下的痕跡 - 已經(jīng)顯示出在陸地和淡水中揭示隱藏生態(tài)系統(tǒng)的希望。但深海環(huán)境在很大程度上證明了這種方法過(guò)于復(fù)雜?，F(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們展示了使用這種分析來(lái)克服復(fù)雜的水運(yùn)動(dòng)和其他障礙的進(jìn)展，以便在水深超過(guò)7,200英尺的地方探測(cè)海洋動(dòng)物。

“我們想知道那里有什么，”研究的主要作者，斯坦福大學(xué)土木與環(huán)境工程系的研究生Elizabeth A. Andruszkiewicz說(shuō)。“最終，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)回答更大的問(wèn)題，例如生物群落如何隨著時(shí)間的推移適應(yīng)環(huán)境變化。”

在之前為數(shù)不多的環(huán)境DNA或eDNA海洋動(dòng)物研究中，所有研究都是在相對(duì)較淺的近岸環(huán)境中進(jìn)行的。大多數(shù)是在受控系統(tǒng)(如海水水箱)中完成的，很少在真實(shí)環(huán)境中查看eDNA的空間分布問(wèn)題。

斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究也標(biāo)志著該方法首次應(yīng)用于蒙特利灣深水區(qū)，這是加利福尼亞海流的一個(gè)重要生態(tài)系統(tǒng)，沿北美西海岸向南流動(dòng)。除了高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之外，這些領(lǐng)域一直是蒙特利灣水族館研究所(該研究的合作伙伴)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)密集的持續(xù)研究的焦點(diǎn)。由此產(chǎn)生的存檔水樣和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集為生態(tài)變化的eDNA分析提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。收集eDNA相當(dāng)簡(jiǎn)單 - 一個(gè)基本的水樣可以解決問(wèn)題 - 科學(xué)家們可以通過(guò)凍結(jié)它們來(lái)長(zhǎng)期存檔這些樣本。該方法有望以更快，更全面和更少侵入性的方式來(lái)測(cè)量生物體的豐度和分布。它也可能能夠探測(cè)入侵物種或?yàn)l危物種分布的變化。

研究報(bào)告的共同作者，土木與環(huán)境工程教授，斯坦福大學(xué)伍茲環(huán)境研究所高級(jí)研究員亞歷山大·伯姆說(shuō)：“這可能徹底改變我們追蹤動(dòng)物的方式。”

誰(shuí)去那里?

eDNA調(diào)查在蒙特利灣國(guó)家海洋保護(hù)區(qū)28英里的研究地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了72種脊椎動(dòng)物(海洋魚類，象海豹，座頭鯨，鯊魚和巖魚等哺乳動(dòng)物)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些生物的DNA，如太陽(yáng)魚，鮭魚，海馬和鯖魚，只在水深不到600英尺的地方。其他動(dòng)物的DNA，如海豚和海洋冶煉，僅在600英尺深的水域中出現(xiàn)。最淺的水域擁有最大的生物多樣性?？偟膩?lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)提供了eDNA作為海洋測(cè)量工具的概念證明。“這是回答一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題的一種非常有效的方式：在我們海洋的空間和時(shí)間中存在哪些物種?” 共同作者，斯坦福大學(xué)海洋科學(xué)研究所的Charles和Elizabeth Prothro教授Barbara Block說(shuō)。“它可能改變我們對(duì)地球海洋生物多樣性的看法。”

DNA的力量

DNA測(cè)序推動(dòng)了從醫(yī)學(xué)診斷到進(jìn)化生物學(xué)等領(lǐng)域的前所未有的研究和發(fā)現(xiàn)。

初步研究表明，eDNA測(cè)序可以識(shí)別傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法遺漏的脊椎動(dòng)物物種，并且可以在潛水調(diào)查和魚類拖網(wǎng)等傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法進(jìn)入的地方進(jìn)行采樣。與傳統(tǒng)的生物監(jiān)測(cè)方法相比，該方法還可以在時(shí)間和空間方面以更精細(xì)的分辨率使用。這使科學(xué)家能夠記錄生物多樣性在季節(jié)和年度周期以及不同地形上的變化。

關(guān)于如何為eDNA正確取水，以及如何解釋測(cè)序結(jié)果以避免誤報(bào)和漏報(bào)，仍然存在疑問(wèn)。解決這些和其他挑戰(zhàn)將成為eDNA下一個(gè)前沿的焦點(diǎn)：計(jì)算海洋動(dòng)物的實(shí)際數(shù)量并辨別其種群水平的身份，而不僅僅是檢測(cè)它們的存在。與遺傳學(xué)家，魚類生理學(xué)家，海洋學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)合作，Boehm和Block希望在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。