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海洋动物留下的DNA为海洋生态系统提供了罕见的一瞥

2018-12-26 11:11:04 • 来源：

海洋也可能是火星。就像天文学家正在抓住识别遥远星球上生命的方法一样，海洋科学家也没有简单的方法来探测海洋生物在广阔的水域中的存在。一项新兴技术 - 分析皮肤，鳞片和粪便中的DNA留下的痕迹 - 已经显示出在陆地和淡水中揭示隐藏生态系统的希望。但深海环境在很大程度上证明了这种方法过于复杂。现在，斯坦福大学的科学家们展示了使用这种分析来克服复杂的水运动和其他障碍的进展，以便在水深超过7,200英尺的地方探测海洋动物。

海洋动物留下的DNA为海洋生态系统提供了罕见的一瞥

“我们想知道那里有什么，”研究的主要作者，斯坦福大学土木与环境工程系的研究生Elizabeth A. Andruszkiewicz说。“最终，这项技术可能会回答更大的问题，例如生物群落如何随着时间的推移适应环境变化。”

在之前为数不多的环境DNA或eDNA海洋动物研究中，所有研究都是在相对较浅的近岸环境中进行的。大多数是在受控系统(如海水水箱)中完成的，很少在真实环境中查看eDNA的空间分布问题。

斯坦福大学领导的这项研究也标志着该方法首次应用于蒙特利湾深水区，这是加利福尼亚海流的一个重要生态系统，沿北美西海岸向南流动。除了高生产力的生态系统之外，这些领域一直是蒙特利湾水族馆研究所(该研究的合作伙伴)等机构进行相对密集的持续研究的焦点。由此产生的存档水样和长期数据集为生态变化的eDNA分析提供了独特的机会。收集eDNA相当简单 - 一个基本的水样可以解决问题 - 科学家们可以通过冻结它们来长期存档这些样本。该方法有望以更快，更全面和更少侵入性的方式来测量生物体的丰度和分布。它也可能能够探测入侵物种或濒危物种分布的变化。

研究报告的共同作者，土木与环境工程教授，斯坦福大学伍兹环境研究所高级研究员亚历山大·伯姆说：“这可能彻底改变我们追踪动物的方式。”

谁去那里?

eDNA调查在蒙特利湾国家海洋保护区28英里的研究地点发现了72种脊椎动物(海洋鱼类，象海豹，座头鲸，鲨鱼和岩鱼等哺乳动物)。

科学家发现了一些生物的DNA，如太阳鱼，鲑鱼，海马和鲭鱼，只在水深不到600英尺的地方。其他动物的DNA，如海豚和海洋冶炼，仅在600英尺深的水域中出现。最浅的水域拥有最大的生物多样性。总的来说，这些发现提供了eDNA作为海洋测量工具的概念证明。“这是回答一个简单问题的一种非常有效的方式：在我们海洋的空间和时间中存在哪些物种?” 共同作者，斯坦福大学海洋科学研究所的Charles和Elizabeth Prothro教授Barbara Block说。“它可能改变我们对地球海洋生物多样性的看法。”

DNA的力量

DNA测序推动了从医学诊断到进化生物学等领域的前所未有的研究和发现。

初步研究表明，eDNA测序可以识别传统监测方法遗漏的脊椎动物物种，并且可以在潜水调查和鱼类拖网等传统技术无法进入的地方进行采样。与传统的生物监测方法相比，该方法还可以在时间和空间方面以更精细的分辨率使用。这使科学家能够记录生物多样性在季节和年度周期以及不同地形上的变化。

关于如何为eDNA正确取水，以及如何解释测序结果以避免误报和漏报，仍然存在疑问。解决这些和其他挑战将成为eDNA下一个前沿的焦点：计算海洋动物的实际数量并辨别其种群水平的身份，而不仅仅是检测它们的存在。与遗传学家，鱼类生理学家，海洋学家和工程师团队合作，Boehm和Block希望在10年内实现这一目标。

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