有了eDNA(environmental DNA,環境DNA),科學家在計數魚類和其他動物時,只要收集一小份水體樣本就行了。

有了新的eDNA採樣技術,科學家要快速研究海洋生物比以前容易多了。
NATURAL HISTORY COLLECTION/ALAMY STOCK PHOTO

從任一條河、湖或海裡取一杯水來,eDNA指紋分析就能知道最近有哪些魚曾經到此一游。以前在實驗室通常要花一個月以上的時間才能知道的結果,現在利用新工具只要三天內就可以確認出特定物種。這種技術可能大大改變科學界目前的局面。

「如果你星期二早上從紐約港取得了海水樣本,在星期四結束前你就能知道美洲擬鰈是否回來了。」紐約市洛克斐勒大學人類環境計畫(Program for the Human Environment)的主持人傑希.奧蘇貝爾(Jesse Ausubel)說。如果美洲擬鰈在的話,紐約港就會禁止疏浚。

這個稱為「eDNA釣魚趣」(Go Fish eDNA)的工具不僅反應快,每份樣本鑑識單一物種只要15美元,每增加一種就多加8美元。再過個幾年,也許清晨從海灘採來的水樣,到差不多早上10點就能讓救生員知道,這片海域有沒有虎鯊或大白鯊出沒。奧蘇貝爾說:「它會成為一種DNA試劑。」

洛克斐勒大學在11月29日至30日主辦了第一屆全國海洋環境DNA會議,科學家在會議裡探討如何使用和改進這種技術。

「即使在距離海岸超過1600公里的地方,在海上使用奈米孔eDNA定序技術,就能讓我們在48小時內鑑定出大白鯊曾經出現在船底的水層裡。」

這個「eDNA釣魚趣」工具是由洛克斐勒大學資深副研究員馬克.斯多可(Mark Stoeckle)開發,他以兒童遊戲「釣魚趣」(Go Fish)為它命名,在這個遊戲裡,一號玩家會問其他玩家手裡是否握有某種牌,例如:「你有任何騎士牌嗎?」

這種不需實際抓到動物,就可以辨認出動物基因足跡的能力,是「具有環境和經濟重大意涵的突破。」斯多可說。

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追蹤魚的基因足跡

人類每小時大約會損失3萬到4萬個皮膚細胞,從你家餐桌、層架和房間角落收集到的灰塵,大部分是這些死亡的人類皮膚細胞。魚類和其他海洋生物的皮膚及其他細胞也會脫落,這些細胞最終會下沉和降解,不過研究顯示這些基因足跡在水層裡平均會留存24小時。

從水層裡採集的水樣會先通過極細的過濾器,再從過濾出的「黏糊糊東西」1裡提取DNA,奧蘇貝爾解釋說。DNA(去氧核醣核酸)從心臟到皮膚、血液到骨骼等每個細胞都能找到,其中包含了決定外觀特徵的資訊,像是鰭、毛髮或皮膚。

每一個樣本提取出來的DNA物質,可能包含數千萬個DNA片段,幸運的是每個物種擁有獨一無二的遺傳標記(特定的DNA組合),就好像透過區碼02的電話號碼,就可以知道這個人住在臺北市一樣。這些遺傳標記會先分離出來,然後與類似電話簿的DNA資料庫進行比對,從而辨識出樣本裡找到的物種是什麼。

這是個非常可靠的鑑定工具,而且還提供特定物種豐度的線索,奧蘇貝爾說。它也能將大海中的生物多樣性揭露出來。研究人員要了解海中有哪些生物時,用傳統的網撈法或許可以捕獲20種不同的物種,而在相同的水體裡eDNA可能找得到100種,他說。

「在2010年完成的海洋生物普查(Census of Marine Life)計畫,耗時11年,總花費65億美元。但如果當初有eDNA這個工具的話,我們就能用更少的錢把事情做得更好,而且快上許多。」奧蘇貝爾正是其中一位領導普查計畫的人,他說:「eDNA技術改變了海洋科學的一切,現在你只要收集幾杯水就夠了。」

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操作簡單,小孩都會

而那正是紐約高中生在2017年的春天和夏天裡每週都在做的事。就在康尼島(Coney Island)的釣魚碼頭,他們發現了34種海洋生物洄游至此,其中還包括鯊魚和魟魚。

此外,波因頓中學(Boynton Middle School)的學生與康乃爾大學合作,採集水體樣本並運用eDNA,以找出他們所處的紐約上州地區有哪些入侵魚種。

在威斯康辛州,研究人員從蘇必略湖定期往返的船隻壓艙水裡,記錄到五種入侵的海洋浮游動物,裡面還包括源自黑海地區的血紅蝦(Hemimysis anomala)留下的eDNA。

「eDNA開啟了能以便宜、頻繁、廣泛和可能自動化的方法來監測水中生物的多樣性、分布區域以及豐沛程度的新境界,」退休的海軍中將保羅.高夫尼(Paul Gaffney)說,他同時也是蒙茅斯大學(Monmouth University)前任校長及城市海岸學會(Urban Coast Institute)海洋政策的會員。「政府機構一定要知道這點。」

 

撰文:STEPHEN LEAHY

編譯:蔡雅鈴

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(本文的網頁首圖Photo Credit : Matt Kieffer, via Flickr, CC BY-SA 2.0