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英国的研究人员已经成功地分离出空气中哺乳动物的DNA，这表明在空气中，就像在水中一样，动物会留下自己看不见但有用的痕迹，科学家可以监测这些痕迹。该研究结果发表在3月31日的《PeerJ》杂志上，代表了环境DNA (eDNA)研究的一个新方向，除了生态监测外，有朝一日可能会导致法医学和公共卫生的进步。
德州理工大学的生态学家马克·约翰逊(Mark Johnson)曾利用空气中的DNA研究植物，但他没有参与目前的研究工作。他说:“这是第一次用空气中的样本来研究哺乳动物，这非常令人兴奋。”约翰逊补充说，通过他自己的研究，“我们已经了解到，空气传播的DNA比我们最初认为的要广泛得多，我认为这篇论文为扩展到新领域打开了大门。”
环境DNA是水生系统生物监测中发展最快的生态工具之一，该研究的合著者、伦敦玛丽女王大学的分子生态学家Elizabeth Clare说。它的使用是基于这样一个事实，即所有生物体在环境中所到之处都会留下遗传指纹。这种DNA可以提供有价值的信息，了解什么物种经常出现在一个地区。
在过去的几年里，eDNA帮助科学家监测濒危物种，比如受到高度保护的大冠毛蝾螈，以及用传统方法难以追踪的白鲨等物种。随着这一工具的进一步完善，研究人员也开始将eDNA推向新的领域，包括水产养殖业的病原体检测，甚至包括哺乳动物在内的陆生生物的监测。但在所有这些例子中，样本都来自湖泊或河流等水源，或者在极少数情况下来自潮湿的土壤。
为了观察eDNA是否能在空气中被检测到，克莱尔首先设计了一个简单的实验，在一个3米乘4米的小房间里寻找空气中哺乳动物的eDNA，房间里有225只裸鼹鼠。“他们在那个房间里呆了很长时间……所以如果DNA确实(在空气中)积累，它就会在那里，”克莱尔告诉《科学家》杂志。
利用现有的水生eDNA程序，克莱尔安装了一个泵来抽取空气，而不是水样，通过一个45或22微米的过滤器。因为eDNA可以有多种形式——头发、皮肤或自由漂浮的裸dna——她很可能会捕捉到许多不同大小的颗粒。研究小组还测试了不同的过滤时间，看看DNA的数量在5分钟、10分钟或20分钟后是否有所不同。实验总共产生了12个样本(6个来自鼹鼠洞穴系统内的空气，6个来自开放的房间)，外加两个阳性和两个阴性对照。
伦敦玛丽女王大学的分子生态学家伊丽莎白·克莱尔(Elizabeth Clare)讨论了她是如何从技术发展到环境样本的 脱氧核糖核酸(eDNA)，在水中寻找空气中哺乳动物的遗传痕迹。PEERJ除了两个样本外，所有样本都得到了鼹鼠的序列。过滤器的大小和时间(以及被过滤的空气量)都不会导致DNA产量的显著差异，尽管洞穴比大房间产生更强的信号。
克莱尔说:“让我们惊讶的是，它的效果和它立即做到的一样好。”“实际上，我们已经预料到要修改的很多东西……我们从来没有使用过。我们第一次尝试就成功了。”
阿姆斯特丹大学的进化生态学家凯瑟琳·斯图尔特(Kathryn Stewart)说，目前的研究为未来的工作奠定了坚实的基础，她与eDNA一起工作，但没有参与目前的研究。克莱尔看到了空气中DNA在难以进入的空间中的作用，比如洞穴、洞穴和空心洞。约翰逊此前曾申请拨款，利用空气中的eDNA对蝙蝠的白鼻综合征进行无创监测，但当时该项目被认为过于实验性。
在eDNA在水生科学领域取得成功之后，斯图尔特告诉《科学家》杂志，“看到有人在这方面更进一步，并询问我们可以从哪些其他介质中提取DNA，这令人振奋。”“他们唯一声称的是，你可以准确地从空气中收集DNA，但我们需要这个领域的前瞻性思维动力。我认为未来的挑战也是令人兴奋的机遇。”
其中一个挑战将是污染问题。尽管在干净的头罩下进行提取，但研究小组惊讶地发现，在研究的阴性对照中，发现了人类DNA，而不是鼹鼠的DNA，这表明污染来自科学家自己。在一些样本中，即使在鼹鼠的洞穴中，人类的成分也和鼹鼠一样强烈。对于以非哺乳动物为目标的研究人员来说，这不是一个问题，因为他们使用的测序工具只会挑选出他们感兴趣的物种。但斯图尔特说，对于旨在检测哺乳动物DNA的采样来说，污染将是“最大的挑战之一”。
克莱尔已经开始头脑风暴解决污染的可能方法，要么让研究人员穿着带呼吸器的工作服收集样本，在野外放置灰尘收集器几天或几周被动地收集空气中的物质——就像约翰逊在研究植物空气中的DNA时所做的那样——要么在测序过程中使用所谓的阻断探针，阻止人类DNA扩增。她还在设计研究，以更好地了解遗传物质在不断变化的空气环境中如何表现和持续存在。所有这一切都是为了使用与水生研究相同的严格标准来验证空气中的eDNA。
克莱尔说，人类污染的一线希望是，它使她意识到空气中的DNA可以用于法医或公共卫生。犯罪现场的DNA通常是退化或稀疏的，但她能够从空气中提取核酸的微小痕迹，并得出可用的结果。
任何这样的用途都是推测性的，克莱尔很快指出还有多少是未知的。“就我们能用它做什么而言，我们还处于推测阶段，”她告诉《科学家》杂志。“提取空气中的DNA有可能吗?”是的。除此之外我们还能说些什么吗?没有。”
E.L. Clare等人，“eDNAir:从空气采样中收集动物DNA的概念证明”，PeerJ, doi:10.7717/ PeerJ。11030年,2021年。
