科學(xué)家們第一次只是通過對水樣進行DNA測試就記錄了春季魚類遷徙。“環(huán)境DNA”(eDNA)從去年6個月內(nèi)從紐約東部和哈德遜河每周抽取的1升(夸脫)樣本中得出的應(yīng)變顯示，在每個測試日，有幾種主要魚類在水中存在或不存在。方便的每周數(shù)據(jù)快照創(chuàng)造了一幅動態(tài)圖像，這種圖像在很大程度上得到了加強，并與多年來通過漁網(wǎng)拖網(wǎng)進行的遷移研究所獲得的知識相關(guān)聯(lián)?？朔评沾髮W(xué)于4月12日在PLOS ONE上發(fā)表的一項研究開創(chuàng)了一種監(jiān)測魚類遷徙的方法，該方法涉及拖網(wǎng)的一小部分努力和成本，所有這些都不會對魚類造成傷害。

它在不斷增長的eDNA使用列表中也證明了這一點，專家們希望很快就能在全球范圍內(nèi)進行魚類評估。事實上，科學(xué)的eDNA迅速給予人類一個非常老的祝福：估計不同的魚的數(shù)量和分布的簡單方法種類和河流，湖泊，海洋的深水域的其他形式的海洋生物。

由高級研究員Mark Stoeckle領(lǐng)導(dǎo)，由學(xué)生研究員Lyubov Soboleva和洛克菲勒大學(xué)科學(xué)家Zachary Charlop-Powers共同撰寫，該項目起源于該大學(xué)的人類環(huán)境計劃主任Jesse Ausubel，海洋生物普查的共同創(chuàng)始人，一項長達十年的國際合作于2010年結(jié)束。

當他們游泳時，魚會在水中留下DNA的痕跡，脫掉粘糊糊的外層涂層或排泄物，例如。

Stoeckle博士說：“歐洲的研究人員首次證明，相對少量的淡水和海水環(huán)境中有足夠的無形DNA浮在其中以檢測數(shù)十種魚類。”

介紹時間元素：一個重要和創(chuàng)新的轉(zhuǎn)折點

“通過隨著時間的推移進行一系列測試，每周一次從哈德遜河和東河上的同一點采集地表水六個月，我們成功地展示了記錄魚類遷徙的新方法。”“我們的研究工作還為水中DNA的持久性提供了清晰的新見解，盡管潮流和潮汐具有金針灸質(zhì)量，但研究仍然存在。如果DNA消失太快，我們無法獲得信息豐富的樣本;如果它堅持了太久，水中會有太多的DNA產(chǎn)生有用的，及時的見解。“

總之，Stoeckle博士及其同事獲得了42種魚類的DNA，包括大多數(shù)(81%)已知當?shù)刎S富或常見的物種，以及相對較少(23%)的不常見魚類。

“我們沒有發(fā)現(xiàn)任何令人震驚的魚類遷徙 - 季節(jié)性運動和我們發(fā)現(xiàn)的物種已經(jīng)知道，”Stoeckle博士說。“這實際上是個好消息，增加了證據(jù)證明eDNA是一個很好的代理。讓我感到驚訝的是，我們可以從一小杯水和一大堆魚中獲取相同的信息。”

他補充說，有些物種尚無法區(qū)分，尤其是鯡魚科的一些物種，它們在用于測試的DNA區(qū)域具有相同的序列。同樣，由于DNA參考文獻庫在穩(wěn)定增長的同時不完整，因此無法鑒定出一些獲得的DNA。

Stoeckle博士說：“我們知道我們有魚的DNA，但無法確定這些物種。”

太平洋紅鯛魚在哈德遜河?

注釋Ausubel先生，測試結(jié)果顯示紐約人常吃的魚的DNA，但不知道居住在該市的水域 - 例如歐洲鱸魚和尼羅羅非魚 - 導(dǎo)致該群體得出結(jié)論認為這些物種的DNA通過廢水系統(tǒng)。

“我們發(fā)現(xiàn)我們認為物種的DNA通過人類和廢水處理系統(tǒng) - 例如羅非魚，鮭魚和紅鯛魚 - 你不應(yīng)該在哈德遜河游泳，”他說，并補充說，因此eDNA可以幫助識別在當?shù)厣痰旰筒宛^作為食品出售的瀕危物種。

Stoeckle博士說，另一個令人驚訝的是：大西洋鯡魚樣本中非常頻繁，鯡魚家族成員和食物鏈中的基石物種。

他說：“人們可以檢驗這樣一個假設(shè)，即大量的鯡魚群體與紐約港近期的鯨魚潮流相關(guān)，或者說是2013年在東河流域觀賞到的海豚，”他說。

同樣有趣的是：牡蠣蟾魚，它看起來像是可以吃咸牛肉三明治，也是紐約市標志性魚類的有力候選者。Stoeckle博士說：“用eDNA鑒定所有當?shù)匚锓N，包括所有罕見或罕見的物種，可以通過收集和分析更多的水，在不同地點采集，或使用針對每個物種的不同DNA分析方法來完成。”

一個新的前沿：從eDNA估算魚類豐度

該研究發(fā)現(xiàn)，eDNA的“讀取”數(shù)量 - 特定物種的微小DNA片段的多少拷貝在樣本中出現(xiàn) - 大致與凈調(diào)查的數(shù)據(jù)相對應(yīng)。

根據(jù)奧蘇貝爾先生的說法，開辟了一個有趣的新前沿：eDNA可能為拖網(wǎng)捕撈數(shù)據(jù)提供了重大進展，拖網(wǎng)是評估水體中某些類型魚類豐度的傳統(tǒng)代理。

接下來的步驟包括微調(diào)校準，比較更多的eDNA“讀數(shù)”和結(jié)果與使用網(wǎng)和聲納進行的傳統(tǒng)調(diào)查的數(shù)據(jù)。例如，目前尚不清楚100個DNA“讀數(shù)”是否表示存在1條魚或10條魚。

還有待確定：不同魚類和其他海洋物種脫落DNA的比率。例如，特定魚類或硬殼龜會釋放多少DNA?

“如果未來的研究證實，物種的豐富度指數(shù)可以從水中提取的裸DNA中獲得，這將解決一直困擾著科學(xué)家們的年齡一大挑戰(zhàn)。它可以很容易地改善與魚配額設(shè)置的合理性和Ausubel先生說，他們在世界各地的監(jiān)控質(zhì)量和可靠性。

“血液測試，”他補充說，“現(xiàn)在變得如此敏感，他們可以提供人體各種條件的證據(jù)，所以我們現(xiàn)在可以從在水中循環(huán)的生物分子的測試中學(xué)到更多東西并不奇怪“。

Creative eDNA使用

除了低成本和廣泛的適用性之外，eDNA測量的優(yōu)勢還包括能夠在不干擾魚弓波的情況下收集樣本，并且引擎噪聲導(dǎo)致許多魚類移開并避免船只進行網(wǎng)狀或聲納測量。

此外，網(wǎng)絡(luò)通常無法到達底部，并且在某些環(huán)境中難以部署。例如，很難在東河采樣魚，這是一個眾所周知的難以通道的各種船只，其強大的水流和多巖石的一面。

“eDNA采樣可以使用標準生物實驗室設(shè)備和技術(shù)完成”洛克菲勒的共同作者Zachary Charlop-Powers說。“它采用與醫(yī)學(xué)研究人員用于分析人類”微生物組“相同的方法。例如，使用現(xiàn)有技術(shù)，當樣品分批分析為20個或更多時，不包括勞動力的邊際成本約為50美元/樣品。未來的DNA測序開發(fā)可以降低成本。“

抽出水后，將其過濾以濃縮DNA用于提取。擴增DNA的目標區(qū)段，然后送到實驗室進行“下一代”測序，其結(jié)果 - 樣本中所有DNA序列的記錄 - 被輸入計算機軟件，計算副本的數(shù)量。每個序列并在在線公共參考庫中搜索匹配項。

“有關(guān)官員和公民科學(xué)家可以監(jiān)控，例如，新牡蠣養(yǎng)殖場對當?shù)佤~類種群的影響，”紐約市約翰鮑恩高中學(xué)生Lyubov Soboleva和洛克菲勒學(xué)校課外學(xué)習(xí)計劃( LAB-ASP)和夏季科學(xué)研究計劃(SSRP)。

eDNA實際用途的其他例子包括：

當冬季比目魚在水中時，禁止疏浚的紐約港務(wù)局可以更輕松，更便宜地完成任務(wù)

旅游局可以確定哪些湖泊包含梭魚，梭魚，鱸魚和其他受垂釣者歡迎的物種

鑒于某些物種只棲息于某種質(zhì)量的水域，它們的缺失可能成為污染問題的早期哨兵。

eDNA可以幫助檢查在船舶壓載物中運輸?shù)娜肭治锓N或外來物種，或者為魚群中的遺傳多樣性研究提供信息。

“雖然這個研究領(lǐng)域還處于早期階段，但很容易預(yù)見到許多eDNA采樣應(yīng)用，”蒙茅斯大學(xué)城市海岸研究所所長托尼麥克唐納說，以及洛克菲勒大學(xué)計劃的科學(xué)項目合作者人文環(huán)境。“它代表了我們檢測，理解和更有效地管理漁業(yè)和海洋生物多樣性的能力的潛在重要進展。” “如果你是一名漁業(yè)科學(xué)家，你很有可能在未來10年內(nèi)將eDNA用作你工作的一部分。”

中央公園

這項研究是在早期的一項研究之后進行的。洛克菲勒大學(xué)小組在高中學(xué)生的幫助下在中央公園進行了研究，其中有十幾種物種被從“湖中”抽取的半杯池水中識別出來。

物種發(fā)現(xiàn)：

7條魚(黑色克拉皮，金色光澤，棕色斗牛犬，大嘴鱸魚，帶狀殺戮，藍鰓和南瓜籽)

6種哺乳動物和鳥類(浣熊，鳴禽，野鴨，挪威鼠，狗和人)

使用電鍍方法在同一個池塘中進行的調(diào)查發(fā)現(xiàn)了兩種未使用eDNA發(fā)現(xiàn)的魚類。另一方面，電泳調(diào)查錯過了eDNA發(fā)現(xiàn)的兩個物種。

的埃德娜的可靠性其他試驗成功使用進行水從紐約水族館的水箱。