漂浮的DNA揭示了城市海岸线支持更多的动物生命

每一个生物都会留下遗传痕迹。当动物，植物和微生物流出细胞并产生废物时，它们会在空气，土壤和水中随处可见DNA的痕迹。研究人员现在能够捕获动物细胞，对其DNA进行测序，并确定哪些物种在某个时间点存在。可以把它想象成留下过去活动痕迹的遗传指纹。

华盛顿大学和西北渔业科学中心的研究已经应用这种技术来广泛测量人类活动对环境的影响。他们的论文本周刊登在PeerJ期刊上，在普吉特海湾水域使用DNA来描述高度城市化海岸线上的动物生命数量，例如西雅图的Piper's Creek，以及人口较少的偏远地区，如Vashon Island 。

这被认为是第一项使用遗传标记来了解城市化对环境的影响的研究 - 特别是动物多样性是否繁荣或受到影响。

“现在可以利用水样中的遗传痕迹来研究人类活动对生态系统的影响，”主要作者，海洋与环境事务助理教授Ryan Kelly说。“对我而言，看似纯净的水可以告诉你关于动物存在的所有信息，这对我来说是非常了不起的。”

简而言之，使用环境DNA或eDNA，研究人员发现城市普吉特海湾海岸线支持的动物阵列比偏远地区更为密集。凯利说，特别是蛤蜊和其他泥土居民更加密集地沿着城市海滩聚集 - 这是一个令人惊讶的发现。

“生活在泥里的蛤蜊和其他东西似乎喜欢住在城市附近，这真的很有趣，”凯利说。“这表明也许人类正在补贴泥滩，或者它也可能是相反的 - 也许人类往往生活在真正受保护的区域，这些区域是蛤蜊喜欢的环境。”

研究人员发现，虽然普吉特海湾的城市海滩拥有更丰富的动物群，但这些地区在生活在那里的物种种类也更加同质，这表明在城市较多和较少城市之间的不同种类之间需要权衡。

基因工具使研究人员能够在特定区域绘制代表性的动物生命镶嵌图，而无需对生物进行实际计数。在传统的测量环境影响的方法中，科学家们选择一定数量的物种，并计算他们在开发前后看到的数量。或者他们可能会调查一小部分海岸线，并尝试记录他们发现的一切。

凯利解释说，这些方法本质上是耗时的，可能无法完全捕捉到现有的东西。

凯利说：“我们可以出去，拿一个水样，来自成千上万种的DNA出现。” “这样，当我们观察环境影响时，我们不必决定是否要计算蜗牛或逆戟鲸。相反，我们只能看看那里有什么。”

研究人员从Puget Sound周围的城市化和偏远海滩收集了一升水，然后过滤掉比细菌更大的细胞。然后，他们使用分子工具从这些细胞中提取DNA，以检测动物基因。

对DNA进行测序后，他们可以识别出收集水的特定动物。他们在普吉特海湾(Puget Sound)发现了1,600多种独特的遗传特征 - 许多代表不同的物种 - 包括海豚，鲑鱼，海星，藤壶，鹰 - 甚至人类。

凯利和他的合作者花了数年时间测试和改进在水中获得eDNA的过程。他们首先在蒙特利湾水族馆工作，这是一个受控的环境，他们可以确保他们的DNA采样实际上是检测生活在水中的生物。在随后的工作中，他们发现动物的DNA倾向于保持在最初沉积的几百英尺范围内; 它在水中停留一到两天。

本研究中描述的方法可用于评估人类和其他城市水道(如切萨皮克湾或哈德逊河)的发展。中西部的科学家们已经开始使用eDNA作为监测工具来监测亚洲鲤鱼的入侵。

研究人员说，随着基因痕迹变得更加可靠，它们可以代替昂贵，耗时的环境影响陈述或环境监测。

“我很兴奋，因为我认为如果你能让人们更容易进行这些大规模的调查，他们就会做到这一点。这是一种更强大的方法，”凯利说。