海绵网络可以捕获DNA以跟踪海洋健康
为了追踪海洋的生物健康,研究人员使用摄像机,卫星图像,以及越来越多的DNA直接流入水中。但是捕获海洋中的遗传物质是一项艰巨的任务:科学家们必须筛选大量的水来疏通他们的样本。现在,海洋生物学家发现海绵非常善于“海绵”DNA。需要进行更多的研究,但最终在整个海洋中种植的海绵网络可以很容易地读出附近植物和动物的多样性。
“这是一个聪明的主意,”哥本哈根大学的进化遗传学家Eske Willeslev说,他没有参与这项工作。“它可以使生物多样性的研究更容易,更一致。”
在这个星球上,生物学家们争先恐后地将世界上所有的植物和动物分类,然后才消失。传统上,这意味着走出去收集每个物种的样本。然而,在过去的20年中,研究人员一直在从土壤,水,空气甚至其他生物的内脏中收集和测序DNA。这种所谓的环境DNA或eDNA可以分辨出特定环境中的植物,动物或微生物。
在英国索尔福德大学,海洋生态学家Stefano Mariani将他的eDNA工作重点放在了海洋环境上。但他总是发现样品处理“繁琐,繁琐,压力大,浪费”。
所以他决定看看过滤海水以获取食物的动物是否也可能是eDNA的储存库。首先,他尝试了虾的内脏,但由于这些无脊椎动物是挑食者,他认为他们吸入的eDNA并不反映那里的东西。但海绵不歧视。“一块足球大小的海绵可以在一天内过滤几乎一个游泳池的水,”他解释道。Mariani从以前从地中海和南极洲收集的九块海绵中获取了DNA,并将它们作为测试用例。为了了解该过程如何对物种保护主义者最为关注,他试图使用特殊的分子探针分离出任何脊椎动物DNA。DNA可能存在于海绵组织中,也可能存在于其通道中的颗粒上。
结果甚至比Mariani预期的要好。该研究小组今天在“当代生物学”杂志上报道,他和同事从31种生物中分离出DNA,包括威德尔海豹,颊带企鹅和岩鳕鱼。更重要的是,南极和地中海海绵含有来自不同生物群的DNA,反映了生活在两个不同地方的不同物种。所以很容易分辨出海绵和eDNA来自哪里。
Mariani说科学家可能有一天会使用这些DNA捕获海绵以及机器人和自主水下载体来过滤水和提取DNA。Mariani说,机器人和车辆很有前途,“但它们也很大,价格昂贵,而且不是最容易处理,运输和维护。”如果可以使用海绵,即使是公民科学家也可以通过简单的方式检索DNA数据他预测说,他只需要一小块海绵。
加拿大圭尔夫大学的生物多样性科学家保罗·赫伯特认为海绵作为生物多样性传感器的应用有限,因为底栖生物并不生活在开阔的海洋中,通过其他方式调查生物真的很难。他还指出,由于所有海绵都以不同的速率过滤水,因此可能很难比较来自不同海绵的eDNA系列。
不过,赫伯特认为这项新工作令人鼓舞。“忘掉天然海绵,”他解释道。“我喜欢技术海绵的想法,”这是一种模仿真实海绵捕获eDNA技术的人造版本。他说,他可以设想在海上或坐在海底的技术海绵学校收集有价值的数据。即使这样的海绵 - 或它们的天然表亲 - 证明是不切实际的,赫伯特补充说,“考虑到海底充满自主DNA采样器的可能性很有趣。”