eDNA,搜索濒危动物的大侦探

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  前不久,生物学家的朋友圈被一只龟刷屏了,确切来说,是一只鳖。4月,国际龟鳖生存联盟在官网宣布:美国华盛顿州立大学的科学家通过检测eDNA,在越南春庆湖发现极濒危的斑鳖。
  这条新闻有两个关键词:斑鳖和eDNA。让我们一一来做名词解释,先从斑鳖开始。斑鳖是浑身布满黄斑的椭圆形大鳖,背盘长度能超过1米。体重超过100公斤,是全世界300多种龟鳖里数量最少、最濒危的,没有之一。目前全世界发现了4只活着的斑鳖:中国两只,都在苏州动物园;越南两只,分别在同莫湖和春庆湖。
  中国人很早就认识了斑鳖。最著名的就是“鼋鼍为粱”的典故。传说周穆王出师东征,到了九江,下令大肆捕杀鼋、鼍,用以填河架桥,渡江伐越。这里的鼋,就是斑鳖。半个世纪前,人们还能在江苏、云南等地捕到不少斑鳖。但随着过度捕捉和环境恶化,进入新世纪后,国内再也没有野生斑鳖的消息,最终只剩下苏州动物园的两只。
  然而,科学家并没有停下寻找斑鳖的脚步。所以这次,他们运用了动物保育领域如今最热门的技术——eDNA。eDNA,全名environmental DNA,翻译过来叫作环境DNA,是指在环境样品中所有被发现的不同生物的基因组DNA的混合。讲通俗点。就是科学家通过对土壤、沉积物、排泄物、空气、水体等样品进行研究。提取样品中的各种DNA,分析这些DNA分别属于哪些物种……也就是说,只要一坏土。我们就能知道哪些动物曾走过。这项技术提出于1987年。1990年第一次使用于微生物调查,2008年第一次用于检测淡水中的物种。
  eDNA并不是什么高深的学问,它的主要基础技术就是我们高中学过的聚合酶链式反应(PCR)。实验证明,DNA在高温时可以发生变性解链,双链变成单链;温度降低后又可以复性成为双链。科学家就通过温度变化控制DNA的变性和复性,加入设计引物(即引子,是一小段单链DNA或核糖核酸,为DNA复制的起始点)和特定的酶,让微量DNA在生物体外大幅复制、增加。所以。无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的DNA,就能用PCR加以放大,进行比对。可以说,现代生物研究、刑侦调查中,PCR功不可没。1993年,其发明者穆利斯因此获得诺贝尔化学奖。
  不过。生物残骸上的DNA信息毕竟比较集中,若是一杯水,里面的DNA信息就变得复杂、分散,光靠PCR技术误差很大。所以,在eDNA研究中,科学家通过荧光标记的方式定量观察需要的DNA。比如,我们在样本中掺入会与斑鳖DNA反应发光的物质。若在PCR过程中发现荧光。就可以确认物种存在了。这种方式叫作实时荧光定量PCR,简称qPCR。
  事实上。这些技术的操作远比我们说得复杂。科学家们对eDNA的探索就像草原上找米粒一樣,工作量和难度都难以想象。但无论如何,eDNA依然是搜索稀有物种最有效的方法之一。中国科学家正准备利用这个技术在云南红河调查,希望能找到第五只珍贵的斑鳖。
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