風中奇緣-空氣中的 DNA ,可提前警示入侵物種及氣候變化

0

研究人員為了在樹林或田野中收集物種資訊,常常需要在荊棘叢生的灌木叢和各種昆蟲出沒的草叢中艱難跋涉,上山下海採集樣本。現在,這項艱苦的工作可以透過捕捉空氣中的動植物分子而大幅的簡化,新方法不僅能幫助追踪、觀察植物群落是如何因應氣候變化,也可以成為外來入侵物種的早期預警。


「空氣中的 DNA 可能會改變我們監測和研究生物多樣性的能力。」科學家表示,由於用於檢測昆蟲物種的空氣傳播 DNA 技術上有了突破性的進展,在協助監測生物多樣方面具有巨大潛力。

迄今為止, eDNA 的採樣主要集中在水生生態系統上?

動物毛髮脫落、排便、咳出或以其他方式釋放到環境中的遺傳物,也可以稱為環境 DNA (environment DNA, eDNA) , 在不同的環境中所收集到的eDNA各有不同的應用,例如在水中,一個充滿 eDNA的環境,水域裡的 eDNA 可用於識別魚類和其他海洋生物,而無需捕捉它們;在土壤中, eDNA 可以揭示現在或是古代時期人類和動物的存在;而通過收集空氣傳播的 eDNA 可明確識別甲蟲、蜜蜂、飛蛾、蒼蠅、黃蜂和螞蟻等的不同。

在空中的eDNA,通常透過調查植物釋放的花粉,但是花粉有其侷限性,只能對透過風傳播的物種進行研究,而無法對其他透過昆蟲和動物傳播花粉的職務進行綜合比較,且過程需要具有相當經驗的專家輔助。因此,美國德州理工大學的研究人員,針對花粉、葉子、花朵或微小碎片等不同形式釋放到空氣中的 eDNA ,比較空氣中的 eDNA 與花粉傳播兩種傳播形式,何者效率更高。他們在短草草原安裝了九個過濾器,每隔幾週收集一次空氣中的微塵,提取 DNA,並對其進行基因定序,作為它們的「DNA 識別碼 (DNA barcode)」。

同時進行實際的田野調查,並比較收集微塵與實際沾染到研究人員身上的兩種調查結果。研究結果發現,實際沾染的傳統調查發現了 80 個物種,空氣 eDNA 研究發現了 91 個;兩次調查都發現了相同的 13 個草種,但由 eDNA 方式發現了另外 13 種。收集 eDNA 的方式更有助於發現易被忽視的微小物種,例如弱葉豚草( weakleaf bur ragweed )。但人們更善於發現稀少且無法釋放大量 eDNA 的植物,尤其是當它們有艷麗的花朵時,更吸引人們目光,如巧克力雛菊( chocolate daisy)。


由空氣中的 eDNA 還發現了一種未被發現的入侵植物-天堂之樹( tree of heaven ),植物進化生物學家 Loren Rieseberg 說,這項發現令人鼓舞,這項方法對於在入侵物種變得普遍且難以擺脫之前,可進行有效的檢測。

空中 eDNA 採樣能補充傳統方法所提供的資訊,但需要提高靈敏度以實現更可靠的檢測

藉由空氣中的 eDNA,可記錄不同物種的是如何隨時間變化的:例如,艾菊芥菜在早春的快​​速開花和生長,地面調查錯過了這一事件。除了植物 DNA,過濾器還從真菌中提取 DNA,其他研究人員從空氣中提取昆蟲、蚯蚓和蛞蝓的 DNA。 「潛在的空氣 DNA 非常多樣化,代表了生物體的全部多樣性。」研究人員表示,希望即使在風和其他條件影響下,還能夠更完整地收集 DNA,提高其靈敏度並加以詳細的分析。「面對生物多樣性危機,我們迫切需要更多關於物種狀況和分佈的訊息」。透過開發 eDNA 採樣,固然可以彌補傳統方式不足之處,但仍需要提高採樣的靈敏度,讓檢測結果更可靠。

延伸閱讀:分秒必爭!史丹佛大學研發 DNA 定序速度破金氏世界紀錄

Medtech Osaka 2022

參考資料:
1. https://www.science.org/content/article/airborne-dna-plants-could-reveal-invasive-species-impact-climate-change

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫:service@geneonlineasia.com

一指訂閱
接軌全球生技醫療

週週接收編輯精選文章
為你掌握全球生醫趨勢

訂閱電子報,接軌全球生技醫療