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你如何监测哪些物种生活在一个地区?除了传统的生态工具，如相机陷阱，研究人员报告了近年来的新方法，使他们能够检测到动物留在水中甚至空气中的微小DNA痕迹，即环境DNA或eDNA。在6月15日发表在《生物学快报》上的一项研究中，一个小组报告了从一种新的来源——干燥的植物材料中提取eDNA。该团队从杂货店购买茶叶，仅在一个袋子中就能检测到数百种节肢动物。
我们邀请了研究的合著者Henrick Krehenwinkel，他是德国特里尔大学的生态遗传学家，专注于研究节肢动物群落因人类影响而随时间变化的方式，他告诉我们为什么他的团队决定使用eDNA来调查哪些动物一直在吃植物。
你为什么决定在这个案例中专注于茶?
Henrik Krehenwinkel:我们需要一个时间序列来了解昆虫是如何变化的。当昆虫数量下降的研究首次发表时，很多人抱怨说没有真正的长期数据。
我们在特里尔有一个标本库。他们在德国收集不同树木的叶子。他们已经做了35年;它们进入各种不同的生态系统. . . .于是我问自己，‘难道你不能同时监测住在这片叶子上的昆虫的DNA吗?“……我们基本上做了一个测试实验，我们把这些样本冷冻在液氮中，这样它们就可以完美地保存DNA…并从中分离出DNA，重建节肢动物群落。这实际上是另一项正在审查的研究，在过去的35年里，我们基本上重建了德国森林生态系统中昆虫群落的变化。
所以我们可以从完全冷冻的叶子中提取eDNA . . . .我问自己，“你能不能用其他基质从节肢动物身上提取DNA ?”DNA在其他类型的底物中仍然稳定吗?……博物馆里的植物收藏，它们真的能帮助我们了解昆虫群落的变化吗?……有研究表明……如果昆虫咬了一片叶子，它会留下DNA痕迹;一点点口水就够了。这基本上就像罪犯闯入你的房子，触摸你的窗户，会留下他们的DNA;昆虫咬到叶子时会留下它的DNA。有研究表明，这种DNA不是很稳定，它会被紫外线迅速降解或被雨水冲走。但我在想，在植物标本室的记录中，DNA是干燥和黑暗的，这实际上是保存它的理想条件。
在我们开始研究植物标本室记录之前，我们认为我们应该尝试一些类似于植物标本室记录. . . .的东西在结构方面，[茶叶]与植物标本馆的记录非常相似。它基本上是一种干燥的植物，储存在黑暗和干燥的. . . .DNA应该非常稳定。
这一切都是出于我们希望了解昆虫群落的变化，并能够找到新的基质，让我们回到过去. . . .你可以在田野里采集植物，基本上是一朵花。你可以用硅胶吹干这朵花. . . .这是一种完全无害的物质，但它非常亲水. . . .例如，如果你把一朵花放进一个小信封里，然后你把它和一点硅胶一起放进一个密封袋里，大约一天之内，花就会完全干燥. . . .理论上，我们甚至可以将它们储存在室温下，我们不必担心将它们全部放入液氮或立即清洗植物…你不需要在田间带水，你所需要的只是一点点硅胶，一个信封和一个密封袋。
另一个吸引人的副作用是，对我们生态学家来说，非常有趣的不仅仅是谁在一个地点，还有一个地点有多少昆虫物种，……但我们也想知道这些昆虫是如何相互作用的，它们吃什么。例如，我们知道许多昆虫种类都是非常特定的，只生活在某一种植物上，当这种植物消失时，昆虫就消失了. . . .令人惊讶的是，我们对这些相互作用知之甚少，我们对哪种昆虫局限于某种植物物种知之甚少。我们对害虫物种很了解，但对许多其他种类的昆虫我们还不太了解. . . .这是一种快速发现的方法，基本上是通过对植物材料取样，并能够将生活在植物上的昆虫联系起来。
TS:有没有什么这项研究的结果让你感到惊讶吗?
HK:真正让我惊讶的是我们发现的高度多样性. . . .我们拿了一个茶包，然后…我想是从100或150毫克的干燥植物材料中提取的DNA。我们在绿茶中发现了多达400种昆虫在一个茶包. . . .这真的让我很惊讶。原因可能是这种茶，被磨成相对较细的粉末。因此，(来自茶园各个部分的)eDNA得到了分布。
TS:至于将这种方法应用到植物标本上，你是只需要一小块样本，还是因为这些样本非常罕见且非常古老，你不想研磨一大块样本。
HK:我们一直在考虑这个问题，有两个选择。一种是非常小心地处理植物标本室样本。我们现在正在测试你是否也能小心地清洗样品，比如，洗掉粘在样品上的痕迹。
当然，还有植物标本馆，如果你对它们做点什么，它们实际上会很高兴。[H]在这所大学，我们有一位退休的植物学教授，她在任职期间收集了大量的植物标本室. . . .它们对她来说没有很大的科学价值，如果我把它们磨碎，她会很高兴的. . . .我们只是在测试这个，所以我还不能给你任何结果，但看起来我们也能从中提取昆虫的DNA . . . .然后回到同一个地方——她有确切的采集地点——我开车回去，再次采集同一株植物，然后我可以比较50年前她采集时昆虫群落的情况，或者30年前她再次采集时昆虫群落的情况，然后将其与今天该植物上的昆虫群落进行比较。
当然，一般来说，这些标本都是非常珍贵的，我们正在开发一种方法，在不损坏标本的情况下，从中仔细提取DNA。我们现在才刚刚开始。看到它对茶叶的效果如此之好，我现在有信心我们也可以转移到其他样本，比如这些植物标本室。
TS:你自己也爱喝茶吗?
HK:其实我喝咖啡. . . .我担心咖啡可能不太适合它，因为咖啡是经过烘焙的。DNA最不喜欢的是长时间被加热到很高的温度. . . .我们还没有尝试过，但我担心咖啡可能不是这种实验的最佳选择。
编者注:为简洁起见，本文经过了编辑。
