环境DNA(eDNA)正在成为评估生物多样性的首选工具，但很少有样本类型有效捕捉陆生脊椎动物多样性。科学家们假设从空气中捕获的eDNA可以直接收集和表征陆地脊椎动物群落，结果表明空气eDNA可以提供一种全新的研究和监测陆地社区的方法。关注“美格科服”微信公众号，后台回复220727，即可下载原文~

标题：Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring

译名：用于陆生脊椎动物群落监测的空气传播环境DNA

作者：Christina Lynggaard等

时间：2022-01-06

期刊：Current Biology

DOI：10.1016/j.cub.2021.12.014

关键词：eDNA metabarcoding，biodiverity monitoring，terrestrial vertebrate

一、摘要

社区规模的生物多样性监测是评估和研究物种分布、生态学、多样性和运动的关键要素，也是了解和跟踪环境和人为对自然生态系统的影响的关键。由于人类活动和环境变化的威胁越来越大，陆地生态系统中的脊椎动物正在经历灭绝和种群数量和规模的下降。使用现有方法监测陆生脊椎动物通常成本高昂且费力。尽管环境DNA(eDNA)正在成为评估生物多样性的首选工具，但很少有样本类型有效捕捉陆生脊椎动物多样性。科学家们假设从空气中捕获的eDNA可以直接收集和表征陆地脊椎动物群落，在哥本哈根动物园的三个地点过滤空气，检测到的49种物种出现在动物园研究地点内或周围。证明空气环境DNA与条形码和高通量测序相结合可用于检测陆生脊椎动物，表明空气eDNA可以提供一种全新的研究和监测陆地社区的方法。

二、研究背景

空气中充满了颗粒，如真菌孢子、细菌、病毒、花粉、灰尘、沙子、液滴和纤维材料，这些颗粒可以在空气中传播数天并远距离运输。它们含有DNA或携带DNA，DNA测序已被用于识别在胶带、空气过滤器和集尘器中收集的空气传播的真菌孢子、藻类、花粉和微生物群的分类起源。此外，最近的两项研究表明，可以在包含数十到数百个目标物种个体的狭小密闭房间中过滤空气中的DNA来检测脊椎动物。一项研究对红海全球沙尘带大气尘埃样本中的DNA进行了测序，并检测到了真核生物，包括少量人类、鲸类和鸟类的DNA。然而，尚未探索在更广泛的背景下使用空气传播的环境DNA(eDNA)研究和监测当地脊椎动物群落。

三、研究方法

图1. A在丹麦哥本哈根动物园收集空中eDNA样本的三个地点：霍加狓和红色森林杜克马厩、室外围栏之间的露天以及热带房屋内

B在动物园南部露天进行空中eDNA采样。可视化的脊椎动物可以进入动物园南部的室外围栏。通过空气eDNA的宏条形码检测到的脊椎动物物种以黄色突出显示。采样期间的风向用箭头表示：9月采样日的SW和S；E和SE在12月的采样日

本文通过对来自丹麦哥本哈根动物园三个采样地点的40个空气传播颗粒样本的DNA宏条形码进行检测：霍加狓和红色森林杜克马厩（n=12）、室外动物围栏外（n=16）和雨林内热带房屋内的房屋（n=12）。使用三个空气采样装置（采样器选用水真空、5V采样器和24V采样器）过滤空气，每个采样点进行不同时长的采样，30min，60min，5h和30h。使用DNA宏条形码和两套线粒体引物v和m进行检测，一套针对哺乳动物，一套针对脊椎动物标记。由于两个引物组被设计为具有不同的分类覆盖率，因此它们的检测相互补充。

四、主要结果

1. 检测到 49 种脊椎动物

本文整理了从三个地点收集的40个样本中的总体清单中的数据。在这个整理的数据集中，每个样本检测到6到21个非人类脊椎动物物种，总计49个脊椎动物物种，跨越26个分类目和37个科：哺乳动物30种、鸟类13种、鱼类4种、两栖动物1种、爬行动物1种。在这49种物种中，38种是动物园饲养的外来动物，3种是动物园内常规用作动物饲料的鱼类，3种是已知为动物园害虫的啮齿动物，其余5种是野生动物--已知的在动物园内或附近出现的非动物园物种（例如，欧亚红松鼠和水田鼠）。可以解释所有49种检测到的物种的存在。

图2. 通过空气传播环境DNA的宏条形码检测的脊椎动物物种

2.生物量影响检测

检测到的脊椎动物代表动物园中存在的大小、行为和个体数量（丰度）差异很大的物种。这说明可以通过空气传播的eDNA 检测到范围广泛的物种。例如，在我们检测到的物种中，动物园有两只鸵鸟（Struthio camelus），每只重约100 公斤90 公斤，五只白犀牛 (Ceratotherium simum)，每只重约1,800公斤，25 只戴头盔的珍珠鸡 (Numida meleagris)，每只重约1.3 公斤，47 只爪哇麻雀 (Lonchura oryzivora) 每只重约22 克。此外，尽管大多数检测到的脊椎动物物种都是适于行走的（例如，黑斑羚、Aepyceros melampus；和爪哇鼷鹿，Tragulus javanicus），其他生活方式的动物也被发现，包括飞翔的鸟类（例如，啄羊鹦鹉，Nestor notabilis），爬行的蛇（Dumeril's ground boa，Acrantophis dumerili）和树栖动物（例如，两趾树懒，Choloepus didactylus）。

3.空气采样装置的距离、风向及阻碍物影响检测

本文中发现从存在于高生物量和距离空气采样器的较短地理距离内的样本中动物中检测到空气中eDNA的可能性增加。在动物园南部室外采样点采集的样本中，仅检测到一种位于北部的物种，即东部灰袋鼠（Macropus giganteus）。然而，除了距离之外，风向也有影响。在采样日，风来自西南、南部、东南部和东部。因此没有来自北方的风（图1）。这可能有利于从动物园的西南、南部、东南部和东部运输脊椎动物的DNA。然而，位于动物园南部和北部的采样点之间存在几座建筑物和一条人行道，这也使本文作者无法检测到动物园北部存在的脊椎动物物种。同样，未能检测到动物园南部存在的14种物种不仅可能是由于生物量和距离，还可能是由于围栏和空气采样器之间存在建筑物。

五、结论

空气eDNA的收集和测序有可能改变研究和调查自然生态系统的方式。它可以作为一种具有成本效益和高效的工具，为保护工作提供信息并跟踪实现生物多样性目标的进展，鉴于持续的气候和生物多样性危机，这在全球范围内具有重要意义。与任何新方法一样，包括在水生环境中首次展示eDNA，使用空气eDNA进行脊椎动物群落调查将需要优化和开发以匹配自然栖息地和特定研究应用的目标。在此之前，随着时间的推移，我们设想陆地空中eDNA脊椎动物调查可以与水生eDNA监测领域平行，并有可能彻底改变并成为未来生态系统研究的基石，包括全球下一代生物监测框架。