二十年前，世界各地的生物學家和博物學家啟動了雄心勃勃的專案，以建立我們星球生物多樣性的清單。畢竟，他們說，你無法努力拯救你不知道存在的東西。即使是最樂觀的估計也表明，目前科學已知的地球物種僅佔四分之一，這引發了人們對物種滅絕率上升大背景下的擔憂。
由於物種鑑定和描述的艱苦工作——以及在許多情況下，收集生物體的樣本進行 DNA 測序，這些專案進展緩慢。現在，一種新的編目世界動物的方法已經出現：從稀薄的空氣中吸取 DNA。
這項技術是先前在水、土壤和其他地方使用的一種變體的基礎上發展而來的，科學家在其中收集和測序環境 DNA (eDNA)，即當地物種脫落的細胞中的遺傳物質。從空氣中提取 eDNA 可以提供一個地點居民的廣泛圖景。它也可能被證明對昆蟲等生物特別有用，這些生物很難監測（並且經常在傳統的 DNA 測序實踐中被殺死）。分析 eDNA 比收集和測序單個動物更快、成本更低，而且它可以一次捕獲來自許多物種的資料——即使在難以到達的環境中也是如此。
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最近發表在《當代生物學》上的兩篇新論文對空氣傳播的 eDNA 進行了測試。一組研究人員在哥本哈根動物園工作，另一組在英國的哈默頓動物園公園工作——這些地點非常適合評估此類取樣，因為科學家們確切地知道存在哪些物種以及有多少個體。
研究小組使用了不同的方法，透過過濾器抽真空或吹氣來提取 DNA。一旦 DNA 被擴增和測序，兩個團隊都檢測到了動物園中存在的許多物種——甚至包括建築物內部或距離採集地點數百米的物種。
eDNA 取樣還發現了動物園圍牆外物種的遺傳特徵。英國小組鑑定出了在該國易受滅絕威脅的歐洲刺蝟，丹麥小組發現了松鼠和貓的遺傳痕跡。
研究人員表示，eDNA 是監測生物多樣性的遊戲規則改變者：其他技術需要動物在科學家觀察時實際存在。“如果你有一個相機陷阱，它們必須走到你的相機前——因為如果它們走到後面，你永遠不會知道，”約克大學的分子生態學家、英國研究的合著者伊麗莎白·克萊爾說。“如果你正在進行聲音記錄或[進行]目視調查，動物必須在那裡。但是環境 DNA 更像是一個足跡。這是一種非常根本不同的資料型別。動物不必實際存在，因此你更有可能捕捉到稀有的東西。”
最近在“跨界生態學”會議上展示的一個概念驗證的空氣傳播 eDNA 專案，將類似的技術帶到野外，以根據瑞典南部三個地點的空氣樣本識別昆蟲。保護科學家法比安·羅傑及其在隆德大學的同事發現了 DNA 痕跡，並將其與 85 個物種相匹配，包括蝴蝶、甲蟲、螞蟻和蒼蠅，以及青蛙和鳥類等 9 個非昆蟲物種。與傳統調查的結果相比，eDNA 過程遺漏了一些物種，但發現了調查遺漏的其他物種。
現在在蘇黎世聯邦理工學院的羅傑說，他在監測水生生態系統中的新物種後，受到了嘗試對空氣傳播的 eDNA 進行取樣的啟發。“我突然意識到獲取人口的良好資料有多麼困難，”他說。“而且隨著最近的研究表明昆蟲生物量減少了 70%，我們嚴重缺乏資料。”
研究人員估計，科學家僅描述了世界 550 萬種昆蟲物種中的一百萬種，因此著眼於空氣來監測生物多樣性是一項令人興奮的進展，可能會加快保護工作。“環境 DNA 採用這種新基質的時機已經成熟，”哥本哈根大學的生態學家、丹麥研究的合著者克里斯汀·博曼說。她補充說，她曾研究過糞便樣本中的 eDNA，其他人則研究過土壤和水——甚至花朵，以發現哪些授粉物種落在它們身上。
關於空氣傳播的 eDNA 仍然存在疑問：首先，遺傳物質在空氣中持續存在多久尚不清楚。研究人員檢測到的是最近的存在還是幾個月前的存在？研究發現，在永久凍土中，完整 DNA 在其來源生物體死亡後長達 10,000 年仍然存在。但在其他條件下，例如暴露於來自太陽的紫外線輻射，DNA 可能會迅速降解。
另一個大問題涉及丰度。物種 DNA 的較大訊號是否表明存在許多個體，還是僅僅是一個恰好更靠近取樣站的個體？克萊爾說，這是 eDNA 研究領域最熱門的話題之一。“簡單的答案是否定的，”她補充道。“除非你有極其受控的條件，否則你無法知道丰度。”
儘管如此，使用來自空氣的 eDNA 遠端監測生物多樣性的意義是巨大的。全球空氣收集站網路可以讓農民瞭解進入其區域的入侵生物，或告知保護科學家某種瀕危鳥類是否仍然生活在特定區域，研究人員說。它還將提供對外部事物的快照，更快、更便宜，而無需人們在難以到達的地點進行費力的樣本收集。博曼曾經跋涉穿過馬達加斯加，故意吸引水蛭——後來分析了水蛭胃內的 DNA，以瞭解森林的居民。“如果我可以避免成為人類誘餌，並在我的電腦上獲得結果，”她說，“那將是驚人的。”
編者注：本文的早期版本曾在網上以“空氣中的 DNA 可以編目我們周圍隱藏的昆蟲”為標題發表