每種植物和動(dòng)物都有獨(dú)特的遺傳組成，這使得湖泊就像一碗DNA湯 - 每一勺都含有湖泊居民的綜合DNA。科學(xué)家們最近才開(kāi)始使用這種環(huán)境DNA或eDNA來(lái)識(shí)別兩棲動(dòng)物和魚類等生物的存在。我所有的研究人員和他的同事分析了eDNA，成功地檢測(cè)了十幾個(gè)威斯康星州湖泊中高侵入性生銹小龍蝦的存在。使用eDNA監(jiān)測(cè)難以檢測(cè)的物種可以為新近入侵的物種提供早期預(yù)警。

“Boulder Junction地區(qū)的湖泊有來(lái)自威斯康星大學(xué)和圣母大學(xué)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，所以我們有一個(gè)現(xiàn)有的湖泊梯度，這些入侵的小龍蝦從未被觀察到湖泊，我們知道生銹的小龍蝦是豐富的，“我的水生態(tài)學(xué)家埃里克拉森說(shuō)。“使用eDNA工具，我們成功地檢測(cè)了這個(gè)物種非常罕見(jiàn)的湖泊中生銹的小龍蝦。這表明該工具可用于監(jiān)測(cè)其他地區(qū)新入侵的早期預(yù)警，這將使我們?cè)谥贫刂苹蚋胧r(shí)他們是最可行的。“

Larson說(shuō)他對(duì)使用eDNA這個(gè)特定物種持懷疑態(tài)度。該工具成功地發(fā)現(xiàn)了魚類和兩棲動(dòng)物，它們非常活動(dòng)，更具粘液性，并且可能不斷地將DNA排放到環(huán)境中。“憑借我作為野外生物學(xué)家的背景，我想到了 - 小龍蝦。帶有外骨骼。在巖石下。在湖底。我認(rèn)為我們沒(méi)有找到任何使用這種環(huán)境DNA方法。顯然，我是轉(zhuǎn)換。“

在該研究中，使用小型白色機(jī)器分析樣品，該白色機(jī)器很容易被誤認(rèn)為是面包機(jī)。在內(nèi)部，帶有激光的計(jì)算機(jī)在化學(xué)溶液中反復(fù)加熱和冷卻DNA樣本。在每個(gè)循環(huán)期間，DNA的雙鏈被分離，然后再次建立。復(fù)制是指數(shù)級(jí)的，因此可以在很短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建數(shù)百萬(wàn)份副本。事先，染料附著在DNA上，使研究人員更容易識(shí)別每個(gè)生物體的DNA并量化它。

拉爾森的同事，伊利諾伊州自然歷史調(diào)查協(xié)作生態(tài)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室協(xié)調(diào)員馬克戴維斯解釋說(shuō)，每個(gè)生物都不斷脫落細(xì)胞，所有這些細(xì)胞都含有DNA。但是，如果從蠑螈采集血樣，eDNA就不像你得到的那樣。這將是“干凈的DNA”。你已經(jīng)知道它來(lái)自蠑螈。

“來(lái)自湖泊的eDNA是'臟'的DNA，”戴維斯說(shuō)。“它被降解，分解，因此你有非常小的碎片和很少的副本。通過(guò)化學(xué)和技術(shù)，我們放大它。使用生物信息學(xué)，計(jì)算機(jī)趟過(guò)信息，給我們一個(gè)完整的復(fù)雜的樣本 - 無(wú)論它是無(wú)脊椎動(dòng)物，魚類，爬行動(dòng)物，兩棲動(dòng)物，鳥類 - 任何可能與水或土壤接觸的東西。使用eDNA，它是令人興奮的，因?yàn)槟悴恢滥銜?huì)發(fā)現(xiàn)什么。“

戴維斯表示仍有待解決的eDNA問(wèn)題。“現(xiàn)在我們可以判斷一個(gè)生物體是否存在。但是知道確切的個(gè)體數(shù)量是很困難的。例如，我們通常不知道生物體脫落DNA的速度或者它們是否在不同時(shí)間流失更多。它降低了嗎?“

Larson說(shuō)，使用這種過(guò)敏工具的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是，它可能會(huì)增加發(fā)現(xiàn)假陽(yáng)性的可能性，或者當(dāng)有機(jī)體被認(rèn)為存在時(shí)就會(huì)增加。如果現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室設(shè)備受到污染，或者DNA通過(guò)捕食者或水流長(zhǎng)距離運(yùn)輸，就會(huì)發(fā)生這種情況。在Larson的研究中，在兩個(gè)湖泊中檢測(cè)到小龍蝦eDNA，其中入侵者以前沒(méi)有通過(guò)更傳統(tǒng)的方法觀察到。Larson說(shuō)，只有少量的DNA可以通過(guò)喂養(yǎng)不同湖泊中的小龍蝦的糞便運(yùn)輸，這是與eDNA相關(guān)的潛在錯(cuò)誤的一個(gè)例子。

“可能是這些是eDNA在其他方法之前檢測(cè)到的新的或初期的入侵。但也可能是我們有誤報(bào)。因此，這些是我們想要監(jiān)測(cè)和跟進(jìn)的湖泊，”他說(shuō)。

在全球范圍內(nèi)，大約有600種小龍蝦，其中只有大約六種在美國(guó)成為有問(wèn)題的入侵者。這些非本地小龍蝦捕食魚卵并摧毀水生植物，并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)食物和改變其棲息地對(duì)魚類產(chǎn)生負(fù)面影響。

“入侵會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)影響，”拉爾森說(shuō)。“在威斯康星州消滅生銹的小龍蝦需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間，并且成本非常高。” 在這種情況下，成功可能是由于干旱導(dǎo)致湖水位大幅下降并滯留其棲息地。

“小龍蝦可以在陸地上行走，所以如果你將它們放在水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中，沒(méi)有什么可以防止它們?cè)竭^(guò)一座小山然后出現(xiàn)在國(guó)家公園里，”拉爾森說(shuō)。“它們?cè)谛W(xué)和中學(xué)科學(xué)課堂中也很普遍，作為行為研究的活體動(dòng)物。教師可能不希望在學(xué)年結(jié)束時(shí)對(duì)小龍蝦實(shí)施安樂(lè)死。通常認(rèn)為到處都只有一種小龍蝦，它們有一種學(xué)期結(jié)束時(shí)發(fā)布聚會(huì)并將水族館的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到當(dāng)?shù)氐某靥粱蛳髦校驅(qū)⑿↓埼r送回家，并隨后將學(xué)生放回家。“

拉爾森說(shuō)，首先防止入侵是理想的。“但是，eDNA工具為我們提供了一種敏感且可能負(fù)擔(dān)得起的方法，用于監(jiān)測(cè)難以檢測(cè)物種的管理應(yīng)用。這可能意味著這些物種入侵的早期預(yù)警，同時(shí)你仍然有時(shí)間控制或控制它們之前它們太豐富了是可行的。“