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“隐藏的鲨鱼”:我们如何找到一种新方法来检

  “隐藏的鲨鱼”:我们如何找到一种新方法来检测它们

  索尔福德大学的Stefano Mariani和索尔福德大学的Judith Bakker

  想象一下,在没有看到它们的情听起来有点可笑吗?对于像我们这样的人,他们首先对生物学感兴趣,因为我们喜欢动物并喜欢研究它们,是的,这听起来很糟糕。然而,如果你想一想法医调查人员在犯罪现场寻找DNA证据时做了什么,或者医生在他们检测到患者血液中的病原体时做了什么,那正是这样:他们在没有看到它们的情况下发现了生命形式。

  DNA是生命的蓝图。它几乎存在于地球上的每个生物体中,我们通常通过从一块组织或血液样本中提取它来研究它。但DNA确实无处不在:动物不停地脱落,当它们刮伤自己,当它们释放尿液,卵子,唾液,排泄物时,当然,当它们死亡时。从你的床到海洋最深处的每一个环境都充满了“生物尘埃”,主要是细胞物质,其中含有留下它的生物的DNA。这,我们称之为“环境DNA”或eDNA。

  在越来越快速,准确和经济实惠的技术的帮助下,科学家们近年来开始从许多环境中对这种痕量DNA进行测序。这种“微观”方法甚至被证明对调查像海洋一样​​广阔的环境的科学家也很有用。

  朱迪思在巴哈马用锤头游泳:由于海洋如此辽阔,鲨鱼难以调查和追踪。图片来源:Nicolo Roccatagliata,作者提供

  许多海洋动物都是大型的,稀有的,难以捉摸的和高度机动的。鲨鱼是一个明显的例子:在海洋中,它们占生物量的一小部分,其中大部分都很难捕获,而且自从我们开始在海上冒险以来,它们一直与人类发生冲突。除了少数例外,他们避开我们,因为我们许多人已经面临灭绝的威胁。

  这就是为什么我们认为,仅仅通过抽取几瓶海水(以及其中的DNA片段),我们就可以快速绘制鲨鱼的存在和分布,而无需进行野外追捕或使用时间和资源,这将是有趣的。

   密集的鲨鱼捕捞方法。我们很高兴地发现,实际上这是可能的,并且可以在不同的地理区域检测到不同的物种,尽管受人类影响较大的地区将显示很少有鲨鱼存在。

  伯利兹的Stefano采样。图片来源:Judith Bakker,作者提供

  但是,这种eDNA方法对鲨鱼监测效率的真正衡量标准只有在与已经成熟的,久经考验的方法(如水肺潜水视觉普查或诱饵水下摄像机记录)形成对比时才会显露出来。

  这是我们最近的一项研究的重点,该研究由位于新喀里多尼亚,法国,澳大利亚和美国的南太平洋群岛的同事进行,现在发表在Science Advances杂志上。结果非常令人兴奋:在几周内收集的22个水样在两年内检测到的鲨鱼数量超过数百次诱饵水下摄像机观测,并且在数十年的时间里成千上万次潜水。通过传统方法无法找到通过环境DNA检测到的近一半物种。虽然eDNA可以检测到大约90%的样本中存在一些鲨鱼,但水下相机只能管理50%以上,水肺潜水约15%。

  新喀里多尼亚:只有22个eDNA水样(红色星星)检测到的鲨鱼数量超过了许多摄像机记录(蓝色)或水肺潜水(绿色)。 Boussarie& Bakker等(2018)

  有趣的是,eDNA在原始和受影响的区域都优于其他方法。即使在繁忙,嘈杂和贫瘠的地区也发现了一系列鲨鱼物种,在那里它们被认为是灭绝的。这表明一些“黑暗的多样性”可能仍然存在,以残余的个人和需要保护的群体的形式存在。同样,eDNA可以通过揭示正在扩大其范围的新建立的外来物种的外观来提供帮助。所有这些对每个人来说都是好消息,这就是原因。

  考虑到eDNA采样的速度和效率,可以在更短的时间内筛选出更大部分的海洋,以便在不同的环境梯度和不同时间收集大面积和栖息地的多样性模式。潜在地,我们可以快速建立物种多样性图并使用它们来创建预测模型并确定影响多样性的因素,同时正在开发方法以改进eDNA检测的定量方面,同样在其他有魅力的物种中也是如此。对于那些必须制定计划来保护关键栖息地和生态系统的人来说,所有这些都会有很大的帮助。

  环境DNA科学仍在迅速发展。我们用来匹配从海中获取的未知序列的数据库必须富含许多现有物种的新DNA参考 - 迄今为止的每个多物种eDNA研究都检测到大量无法与任何参考物匹配的序列。其中很大一部分属于科学家尚未描述的生物。

  目前可用的“DNA探针”必须变得更长,因为短序列有时可能无法区分密切相关的物种。例如,黑鳍鲨与我们研究中使用的DNA拉伸沿着灰礁鲨共享一些相同的序列。然而,所有初步迹象表明,这种方法可以让我们更接近理解和更好地管理地球上最大的生态系统。

  Stefano Mariani,索尔福德大学保护遗传学系主任,Judith Bakker,环境与研究员,研究员索尔福德大学生命科学学院

  本文最初发表于The Conversation。阅读原始文章。

  热门标题图片:Shutterstock

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