科學家們首次通過對水樣進行DNA測試，記錄了春季魚類遷徙。去年在紐約東部和哈德遜河流域每周抽取1升(夸脫)樣本的“環(huán)境DNA”(eDNA)顯示，在每個測試日，有幾種主要魚類物種通過水中存在或不存在。

方便的每周數據快照創(chuàng)造了一幅動態(tài)圖像，這種圖像在很大程度上得到了加強，并與多年來使用漁網拖網進行的遷移研究所獲得的知識相關聯(lián)。

洛克菲勒大學于4月12日在PLOS ONE上發(fā)表的一項研究開創(chuàng)了一種監(jiān)測魚類遷徙的方法，該方法涉及拖網的一小部分努力和成本，所有這些都不會對魚類造成傷害。

它在不斷增長的eDNA使用列表中也證明了這一點，專家們希望很快就能在全球范圍內進行魚類評估。

事實上，科學的eDNA迅速給予人類一個非常老的祝福：估計不同的魚的數量和分布的簡單方法種類和河流，湖泊，海洋的深水域的其他形式的海洋生物。

由高級研究員Mark Stoeckle領導，由學生研究員Lyubov Soboleva和洛克菲勒大學科學家Zachary Charlop-Powers共同撰寫，該項目起源于該大學的人類環(huán)境計劃主任Jesse Ausubel，海洋生物普查的共同創(chuàng)始人這是一項長達十年的國際合作，于2010年結束。

當他們游泳時，魚會在水中留下DNA的痕跡，例如，從粘糊糊的外層涂層或排泄物中脫落。

Stoeckle博士說：“歐洲的研究人員首次證明，相對少量的淡水和海水環(huán)境中有足夠的無形DNA浮在其中，以探測數十種魚類。”

介紹時間元素：一個重要和創(chuàng)新的轉折點

“通過隨著時間的推移進行一系列測試，每周一次從哈德遜河和東河上的同一點采集地表水六個月，我們成功地展示了記錄魚類遷徙的新方法。”

“我們的工作還提供了對水中DNA耐久性的清晰新見解，盡管潮流和潮汐具有金針灸質量，研究仍然存在。如果DNA消失太快，我們無法獲得信息豐富的樣本;如果它堅持了太久，水中會有太多的DNA產生有用的，及時的見解。“

總之，Stoeckle博士及其同事獲得了42種魚類的DNA，包括大多數(81%)已知當地豐富或常見的物種，相對較少(23%)的不常見魚類。

“我們沒有發(fā)現(xiàn)任何令人震驚的魚類遷徙 - 季節(jié)性運動和我們發(fā)現(xiàn)的物種已經知道，”Stoeckle博士說。“這實際上是個好消息，增加了證據證明eDNA是一個很好的代理。讓我感到驚訝的是，我們可以從一小杯水和一大堆魚中獲取相同的信息。”

他補充說，有些物種尚無法區(qū)分，特別是鯡魚科的一些物種，它們在用于測試的DNA區(qū)域具有相同的序列。同樣，由于DNA參考文獻庫在穩(wěn)定增長的同時不完整，因此無法鑒定獲得的一些DNA。

Stoeckle博士說：“我們知道我們有來自魚類的DNA，但無法確定這些物種。”

太平洋紅鯛魚在哈德遜河?

注釋Ausubel先生，測試結果顯示紐約人常吃的魚的DNA，但不知道居住在該市的水域 - 例如歐洲鱸魚和尼羅羅非魚 - 導致該群體得出結論認為這些物種的DNA通過廢水系統(tǒng)。

“我們發(fā)現(xiàn)我們認為物種的DNA通過人類和廢水處理系統(tǒng) - 羅非魚，鮭魚和紅鯛魚，例如你不應該在哈德遜河游泳的物種，”他說，并補充說eDNA因此可以幫助識別在當地商店和餐館作為食品出售的瀕危物種。

Stoeckle博士說，另一個令人驚訝的是：大西洋鯡魚樣本中非常頻繁發(fā)生，鯡魚家族成員和食物鏈中的基石物種。

他說：“人們可以檢驗這樣一個假設，即更多的鯡魚群體與紐約港近期的鯨魚潮相關，或者說是2013年在東河中發(fā)現(xiàn)的著名鯨魚。”

同樣有趣的是：牡蠣蟾魚，看起來可以吃腌牛肉三明治，也是紐約市標志性魚類的有力候選者。

Stoeckle博士說：“用eDNA識別所有當地物種，包括所有罕見或罕見的物種，可以通過收集和分析更多水，在不同地點采集，或使用針對每個物種的不同DNA分析方法來完成。”

一個新的前沿：從eDNA估算魚類豐度

研究發(fā)現(xiàn)，eDNA的“讀取”數量 - 特定物種的微小DNA片段的多少拷貝在樣本中出現(xiàn) - 大致與凈調查的數據相對應。

根據奧蘇貝爾先生的說法，開辟了一個有趣的新前沿：eDNA可能為拖網捕撈數據提供了重大進展，拖網是評估水體中某些類型魚類豐度的傳統(tǒng)代理。

接下來的步驟包括微調校準，比較更多的eDNA“讀數”和結果與使用網和聲納進行的傳統(tǒng)調查的數據。例如，目前尚不清楚100個DNA“讀數”是否表示存在1條魚或10條魚。

還有待確定：不同魚類和其他海洋物種脫落DNA的比率。例如，特定魚類或硬殼龜會釋放多少DNA?

“如果未來的研究證實物種的豐度指數可以從水中提取的裸DNA中獲得，它將解決困擾科學家多年的挑戰(zhàn)。它可以很容易地改善魚類配額的合理性和他們在全球范圍內監(jiān)控的質量和可靠性，“奧蘇貝爾先生說。

“血液測試，”他補充說，“現(xiàn)在變得如此敏感，他們可以提供人體各種條件的證據，所以我們現(xiàn)在可以從水中循環(huán)的生物分子的測試中學到更多東西并不奇怪。 “。

Creative eDNA使用

除了低成本和廣泛適用性之外，eDNA測量的優(yōu)勢還包括能夠在不干擾魚弓波的情況下收集樣本，并且發(fā)動機噪音導致許多魚類移開并避免船只進行網狀或聲納測量。

此外，網絡通常無法到達底部，并且在某些環(huán)境中難以部署。例如，很難在東河采樣魚，這是一個眾所周知的難以通道的各種船只，其強大的水流和多巖石的一面。

“eDNA采樣可以使用標準的生物實驗室設備和技術完成”洛克菲勒的共同作者Zachary Charlop-Powers說。“它采用與醫(yī)學研究人員用于分析人類”微生物組“相同的方法。例如，使用現(xiàn)有技術，當樣品分批分析為20個或更多時，不包括勞動力的邊際成本約為50美元/樣品。未來的DNA測序開發(fā)可以降低成本。“

抽出水后，將其過濾以濃縮DNA用于提取。DNA的目標片段被擴增，然后送到實驗室進行“下一代”測序，其結果 - 樣本中所有DNA序列的記錄 - 被輸入計算機軟件，計算副本的數量。每個序列并在在線公共參考庫中搜索匹配項。

“有關官員和公民科學家可以監(jiān)測，例如，新牡蠣養(yǎng)殖場對當地魚類種群的影響，”紐約市約翰鮑恩高中學生Lyubov Soboleva和洛克菲勒學校課外學習計劃( LAB-ASP)和夏季科學研究計劃(SSRP)。

eDNA實際用途的其他例子包括：

當冬季比目魚在水中時，禁止疏浚的紐約港務局可以更輕松，更便宜地完成任務

旅游局可以確定哪些湖泊包含梭魚，梭魚，鱸魚和其他受垂釣者歡迎的物種

鑒于某些物種只棲息于某種質量的水域，它們的缺失可能成為污染問題的早期哨兵。

eDNA可以幫助檢查在船舶壓載物中運輸的侵入性或外來物種，或者為魚類群體中遺傳多樣性的研究提供信息。

“雖然這個研究領域還處于早期階段，但很容易預見到許多eDNA采樣應用，”蒙茅斯大學城市海岸研究所所長托尼麥克唐納說，以及洛克菲勒大學計劃的科學項目合作者人文環(huán)境。“它代表了我們檢測，理解和更有效地管理漁業(yè)和海洋生物多樣性的能力的潛在重要進展。”“如果你是一名漁業(yè)科學家，你很有可能在未來10年內將eDNA用作你工作的一部分。”

中央公園

這項研究是在早期的一項研究之后進行的。洛克菲勒大學小組在高中學生的幫助下在中央公園進行了研究，其中在“湖中”的半杯池塘水中發(fā)現(xiàn)了十幾種物種。

物種發(fā)現(xiàn)：

7條魚(黑色克拉皮，金色光澤，棕色斗牛，大口黑鱸，帶狀殺戮，藍鰓和南瓜籽)

6種哺乳動物和鳥類(浣熊，鳴禽，野鴨，挪威鼠，狗和人類)

使用電鍍方法在同一個池塘中進行的調查發(fā)現(xiàn)了兩種未使用eDNA發(fā)現(xiàn)的魚類。另一方面，電泳調查錯過了eDNA發(fā)現(xiàn)的兩個物種。

的埃德娜的可靠性其他試驗成功使用進行水從紐約水族館的水箱。