2014年，瑪麗亞·普弗萊格(Mariah Pfleger)自愿從阿拉巴馬州的莫比爾河流域(Mobile River Basin)篩選水樣時，她并沒有期待解決生物學(xué)中最令人沮喪的失蹤魚類病例之一。Pfleger當(dāng)時是一名研究生，現(xiàn)在是Oceana的一名科學(xué)家，他同意幫助一位朋友追蹤一只生活在阿拉巴馬州的鱘魚的證據(jù) - 這是一種自2009年以來未見過的魚。不過，Pfleger不會去尋找活鱘魚，而是尋找它的基因。

“環(huán)境DNA”或eDNA是一種新興技術(shù)，可讓科學(xué)家從他們留下的微小組織中識別水生動物。早期采用者說，現(xiàn)場研究的標(biāo)準(zhǔn)裝備 - 昂貴的船只，船員，水肺潛水員和標(biāo)本罐 - 有朝一日可能被遺傳學(xué)家和一升水取代。

喜歡烤餅干

阿拉巴馬鱘魚是一種赤褐色的，一公斤(2到3磅)的魚，具有堅硬的盔甲狀鱗片。鱘魚家族中最稀有的成員，它是魚子醬市場的犧牲品，以及切斷其河流棲息地的水壩。

2009年，研究人員失去了與唯一已知的阿拉巴馬州生活鱘魚的接觸，當(dāng)時這只魚是男性，他的跟蹤標(biāo)簽破了或丟失了。盡管Pfleger所說的“極端”搜索努力，但自那時以來，他的物種中沒有其他成員被發(fā)現(xiàn)。

Pfleger的任務(wù)是找出是否有任何看不見的鱘魚甚至可以從其歷史范圍內(nèi)的地點(diǎn)抽取水中的鱗片，粘液或排泄物。

對于每個樣本，Pfleger經(jīng)歷了一個多步驟過程，導(dǎo)致可能數(shù)千種物種的基因漿液。Pfleger說，這個過程非常耗時，但并不難：“如果你能烤餅干，你可以做遺傳學(xué)。”

遺傳鬼

為了判斷這些碎片是否屬于阿拉巴馬鱘，Pfleger然后應(yīng)用了一種“引物” - 一種僅與單一物種的DNA結(jié)合的化合物。一開始，它進(jìn)展緩慢。

“我跑了幾百個樣本，沒有任何事情發(fā)生，”Pfleger說。“有多種原因令人傷心：鱘魚很傷心，而且我不得不連續(xù)工作多個小時。這在道德上是失敗的。”

但失敗轉(zhuǎn)向勝利。有一天，一些DNA被證實(shí)對長期失蹤的鱘魚呈陽性反應(yīng)。對數(shù)據(jù)庫的檢查確認(rèn)了匹配。在此之后，又有17項結(jié)果回歸正面 - 令人擔(dān)心阿拉巴馬州的鱘魚已經(jīng)滅絕。

Pfleger說，由于每個樣本都與特定地點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，因此鱘魚搜索方現(xiàn)在可以縮小搜索范圍。最終目標(biāo)是讓官員捕獲足夠的魚以在圈養(yǎng)中繁殖它們 - 也許是為了識別和清除最具破壞性的水壩。

至于eDNA，Pfleger得到了高度贊揚(yáng)：“它是目前最酷的生物工具。”

一升的海洋

到目前為止，eDNA已經(jīng)在河流中取得了最大的成功。由于海洋環(huán)境巨大而復(fù)雜，這種技術(shù)的海洋應(yīng)用已經(jīng)落后。但加利福尼亞州蒙特雷海洋解決方案中心的研究人員正在開始改變這種狀況。

2014年，一支團(tuán)隊轉(zhuǎn)向蒙特利灣水族館，觀察eDNA是否能識別出450萬升(100萬加侖)開放式海洋水族箱中游泳的物種。在對1升水箱中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行測序后，他們將水族館的魚，鯊魚和海龜列表與它們產(chǎn)生的相比較。

“事實(shí)證明，我們能夠成功識別所有的骨魚，”海洋解決方案中心的科學(xué)主任拉里克勞德說。“我們使用的第一個探頭幾乎看到了坦克中的所有東西。”

一年后，該團(tuán)隊在一個不太受控制的環(huán)境中對eDNA進(jìn)行了測試：蒙特利灣。他們與訓(xùn)練有素的潛水員進(jìn)行了對比 - 目前最好的方法是計算海洋動物及其豐富的海水樣本。環(huán)境DNA再次以絢麗的色彩傳遞。

“令人矚目的是，只有一種魚類，潛水員看到DNA沒有撿到，”克勞德說。“DNA攝入的脊椎動物數(shù)量幾乎是潛水員記錄的兩倍。”

eDNA樣本因棲息地類型而顯著不同 - 這是一個“相當(dāng)令人驚訝”的結(jié)果，因為有些地點(diǎn)僅相隔60米(200英尺)。“事實(shí)證明，你在eDNA樣本中看到的有機(jī)體是你期望在這些棲息地生存的有機(jī)體，”克勞德說?？藙诘卵a(bǔ)充說，由于DNA在海洋中在一兩天內(nèi)降解，每個樣本可能代表一個準(zhǔn)確的，有時間限制的位置快照：“給定空間和時間，這可能是一種非常高分辨率的技術(shù)。”

更好，更快，更便宜

雖然克勞德承認(rèn)eDNA“有很多需要解決的問題”，但他預(yù)測未來將發(fā)生重大變化。

克勞德指出，在過去的10年里，eDNA測序的成本已經(jīng)下降了幾個數(shù)量級。進(jìn)一步下滑可能使eDNA成為現(xiàn)金拮據(jù)的政府機(jī)構(gòu)和環(huán)保組織的改變者。

并且因為樣本中DNA鏈的數(shù)量與物種的豐度成正比，進(jìn)一步的改進(jìn)可能使eDNA成為一個重要的工具，不僅可以告訴動物是否存在，而且還有多少個體 - 對管理者有很大的幫助需要跟蹤瀕臨滅絕的鯨魚或具有商業(yè)價值的魚類。

“我們認(rèn)為它可能具有破壞性，”克勞德說。“這與我們之前使用的任何方法完全不同。”