关于环境DNA
十几年来，生物多样性研究员从环境样品（如石油、海水、淡水、空气）中提取DNA片段，以识别大片栖息地中出现的有机物，这种技术即为环境DNA技术（environmental DNA, eDNA）。
传统研究过程中，有许多难以检测到的物种，可能是无法对其直接观测，或者物种处于生长发育期，很难进行识别。然而，结果表明环境DNA技术十分强大，不仅将DNA的细微片段进行测序后高效地检测出物种类别，而且极大地改革了生物多样性的发现和监测手段。
英国利兹大学（University of Leeds）和意大利米兰比科卡大学（University of Milano-Bicocca）的研究员们共同研发了全新的方法来采集海洋环境DNA样本，旨在把海洋生物多样性的监测范围扩展至距离更远的远海区域。
该团队研发的全新方法旨在借助远洋渡轮和集装箱船等国际商业船只，实现轻松采样，并完成海洋生物多样性的检测。
环境DNA全球采样
尽管DNA测序成本逐年下降，但是它面临的最大挑战是大范围的采样活动从而使这些新的检测技术能在全球范围使用。
一般而言，远洋环境DNA的传统采样活动取决于是否有专用研究用船，该类船只不仅操作复杂，而且成本极高。且由于后勤影响，采样活动在范围和频率上受到限制，从而无法支撑更大规模的环境DNA研究。
这套全新的采集海洋环境DNA样本的方法不需要在船只上配置复杂的设备，只需通过简易装置就能收集引擎冷却系统的水，从而采集水体环境样本，如此一来，就算是非专业人士也可以操作。由于商业船只常常驶航于全球海洋的各偏远角落，能为我们提供的样本可以无穷无尽，大大促进了生物多样性监测项目的发展。
研究团队与科西嘉-撒丁渡轮公司（Corsica-Sardinia Ferries）进行了合作。该公司在其里窝那（Livorno，位于意大利的托斯卡纳）与阿兰奇湾城（Golfo Aranci，位于意大利的撒丁岛）的航线上测试了研究团队的新样本采集系统。意大利环境保护和研究所( Italian Institute for Environmental Protection and Research, ISPRA)也是该研究项目的合作伙伴，此外，意大利环境保护和研究所主导的长期项目——鲸类视觉调查，也有由这家渡轮公司提供支持的。
测试结果显示，通过轮渡采集到的样本涵盖了整个脊椎动物生态系统的DNA痕迹：从食物链底端的鳀鱼和沙丁鱼等小型饵料鱼，金枪鱼和剑鱼等小型和较大体型的掠食性鱼类，到海豚、长须鲸及抹香鲸等海洋巨兽。
环境DNA的卓越成果
该研究报告发表于《海洋科学前沿》（Frontiers in Marine Science），利兹大学生物学院的西蒙·古德曼博士（Dr Simon Goodman）是该报告的共同第一作者。他称：“我们十分震惊，测序结果显示新系统采集到了脊椎动物生态系统的完整结构。“这个结果令人兴奋不已。环境DNA为我们揭露了十分细微的生态变化情况。”
（图：研究人员正在海上渡轮采集水体样本）
该项目的负责人之一埃琳娜·凡赛齐博士（Elena Valsecchi）来自于米兰比科卡大学环境与地球科学学院，她说：“这种应用于环境DNA的新样本采集方法可以让我们通过计算机轴向断层扫描技术 (Computerized Axial Tomography, CAT)扫描海洋。“我们下一步计划扫描地中海航线的数条渡轮航线，从而为我们海洋生物多样性状况绘制一幅高清‘图像’”。通过DNA环境技术，100种稀有脊椎动物的环境DNA被检测到，经过证实，与传统采样技术确认的地中海物种一致。
此外，团队还发现了环境因素作用下物种的细微变异，比如鳀鱼和沙丁鱼有各自适宜的产卵水温，不同水温下，其基因序列的相对丰度（relative abundance；相对丰度是特定种类的生物相对于该区域生物总数的百分比组成）也不同。部分采样结果中，灯笼鱼等深海物种的基因序列在晚上采集到的样本中浓度更高，这与深海物种每日在深浅水层的垂直迁移有关。
研究来源：
Elena Valsecchi, Antonella Arcangeli, Roberto Lombardi, Elizabeth Boyse, Ian M. Carr, Paolo Galli, Simon J. Goodman. Ferries and Environmental DNA: Underway Sampling From Commercial Vessels Provides New Opportunities for Systematic Genetic Surveys of Marine Biodiversity. Frontiers in Marine Science, 2021; 8 DOI: 10.3389/fmars.2021.704786
编译：张永丽
审校：张仲杰（Hugo Zhang）、邹磊磊
新闻来源：ScienceDaily网
