辛雨

近日，美國(guó)得克薩斯理工大學(xué)的研究人員證明，簡(jiǎn)單地捕捉和分析植物釋放到空氣中的DNA，可以幫助追蹤氣候變化如何改變植物群落的組成，并提供入侵物種的早期預(yù)警。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《BMC生態(tài)學(xué)與進(jìn)化》。

植物會(huì)在空氣中釋放出對(duì)任何過敏者來說都很熟悉的示蹤物：風(fēng)媒花粉。這些顆粒獨(dú)特的形狀使人們可以通過捕捉花粉來識(shí)別看不見的物種。但花粉調(diào)查也有其局限性，它們只檢測(cè)通過風(fēng)傳播的花粉（其他類型的花粉依賴于昆蟲和其他動(dòng)物授粉），需要訓(xùn)練有素的專家，而且并不總是能對(duì)特定物種進(jìn)行鑒定。

環(huán)境DNA（eDNA）是指通過脫落、排便、咳嗽，或以其他方式釋放到環(huán)境中的遺傳物質(zhì)。美國(guó)得克薩斯理工大學(xué)的研究生Mark Johnson想知道，研究以花粉或樹葉、花的微小碎片形式釋放到空氣中的eDNA是否會(huì)更有效。

于是，Johnson等人開發(fā)了收集灰塵器中植物eDNA的新方法，通過該方法可以發(fā)現(xiàn)一些不開花、不授粉的物種，或者在冬天不活躍的時(shí)候發(fā)現(xiàn)它們。

Johnson展示了eDNA是如何“清點(diǎn)”整個(gè)植物群落的。研究團(tuán)隊(duì)在一個(gè)經(jīng)過充分研究的短草地上的9個(gè)位置安裝了灰塵收集器。在一年中，他們每隔幾周收集一次灰塵，提取DNA，并對(duì)不同植物的基因進(jìn)行排序，作為“DNA條形碼”來識(shí)別它們。

同時(shí)，在春天和秋天，研究人員沿著27個(gè)100米的橫斷面對(duì)草地的植物進(jìn)行了調(diào)查，并比較了兩種調(diào)查的結(jié)果。

結(jié)果顯示，傳統(tǒng)調(diào)查方法發(fā)現(xiàn)了80個(gè)物種，而空氣中的eDNA研究發(fā)現(xiàn)了91種。這兩項(xiàng)調(diào)查都發(fā)現(xiàn)了相同的13種草種，但eDNA的方法發(fā)現(xiàn)了另外13種。此外，兩種方法共發(fā)現(xiàn)了60種非木本開花植物，但這兩種方法都能檢測(cè)到對(duì)方遺漏的20個(gè)左右的物種。

研究人員報(bào)告稱，eDNA更善于發(fā)現(xiàn)那些容易被忽視的小花物種，如弱葉豚草。但傳統(tǒng)方法更善于發(fā)現(xiàn)那些太稀有而釋放不了太多eDNA的植物，尤其是當(dāng)它們開著艷麗的花朵時(shí)，如巧克力雛菊。

空氣傳播的DNA還顯示出了一種調(diào)查未發(fā)現(xiàn)的入侵植物——“天樹”。加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)植物進(jìn)化生物學(xué)家Loren Rieseberg認(rèn)為：“在入侵物種變得廣泛傳播和難以清除之前，eDNA將特別有助于我們提前檢測(cè)?！?/p>

值得一提的是，這項(xiàng)技術(shù)還記錄了不同物種的豐度如何隨著時(shí)間的變化而變化。例如，在早春，艾菊芥的快速開花和生長(zhǎng)。除了植物的DNA，過濾器還能從真菌中提取DNA，其他研究人員也從空氣中提取了昆蟲、蚯蚓和鼻涕蟲的DNA。

◎ 來源|中國(guó)科學(xué)報(bào)