海洋世界的测序

海洋主要捕食者的基因普查

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当康涅狄格大学的生物学家想把他们实验室价值 85,000 美元的 DNA 测序仪带到大西洋的马尾藻海时,制造商应用生物系统公司犹豫了。保修不包括海洋考察。即使是因在解码人类基因组中发挥作用而闻名的 J. 克雷格·文特尔,也将其在马尾藻海的微生物样本冷冻起来,以便在岸上进行测序。他的结果表明,百慕大周围温暖的海域表层水中充满了遗传物质。康涅狄格州的生物学家想深入海洋,超越微生物,测试食物网底部的动物多样性。在海上使用测序仪将为他们提供最佳结果。

这些研究人员是海洋生物普查的一部分,这是一个由海洋科学家组成的国际网络,该网络于 2000 年启动一项任务,旨在到 2010 年识别海洋中的每一种生物。为此,伍兹霍尔海洋研究所的彼得·维比在深水拖网中设计了一个精细网的过滤系统。在国家海洋和大气管理局的罗纳德·H·布朗号上,首席科学家维比和他的团队使用网状装置对马尾藻海进行了搜索。一台全新的 140 公斤重的 DNA 测序仪用弹力绳捆在空调房里。他们的考察是首次在船上识别来自 5000 米深的海洋动物并测序其基因标记或“条形码”。

康涅狄格大学海洋科学与技术中心主任安·巴克林于 5 月 15 日在阿姆斯特丹公布了初步结果。她说,这项研究将为衡量污染、过度捕捞、气候变化和其他人类活动如何影响浮游动物及其环境提供基线。


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在为期 20 天的考察中,来自 14 个国家的 28 位专家收集了 1000 个单独的标本,包括 120 种鱼类(其中一些是科学新发现)和数百种浮游动物。浮游动物是漂流和游泳的动物,它们首先以藻类和其他植物(称为浮游植物)为食。它们也互相吞食,有些甚至可以捕食小鱼。许多在成年期固定在海底的生物都以浮游动物的幼虫阶段开始。海洋中浮游动物发生的一切都会对海洋食物网的其余部分产生直接影响。

为了检查收集到的生物,海洋科学家立即将黏糊糊的、半透明的生物混合物从过滤器中冲入冷水桶中,以便尽可能多地保持动物的生命,以进行目视识别。压力变化对于大多数这些食草动物来说不是问题,它们可以在白天下降数百米深。晚上,它们会回到水面附近觅食,小心地踩在温跃层附近,这是更深、更冷的水和更温暖的地表水之间的明显边界。从接近冰点的温度到浴缸水温的温度变化可能会杀死对温度敏感的生物。

当动物死亡时,它们的蛋白质和 DNA 分解,它们会变得不透明并失去颜色。大多数浮游动物物种都是从不到 1000 米深处采集的样本中得知的。在这次考察中,科学家们从地表开始,并继续在水柱中每 1000 米的深度进行采集。

这次考察的独特之处在于,分类学家与准备物种进行测序的分子生物学家并肩在显微镜下工作。“这些历史上不重叠的技能组合意味着,为识别而收集的生物通常不会以允许提取 DNA 的方式保存,”康涅狄格大学的博士后研究员罗布·詹宁斯说。这次考察改变了这一点。他补充说,“培养科学家精通分类学鉴定和基于 DNA 的分析是该项目的首要目标之一。”

到 4 月 30 日返回港口时,科学家们已经编目了 500 种动物,并对其中的 220 种进行了基因条形码编码。到 2010 年,海洋生物普查的科学家们预计将对所有 6,800 种已知的浮游动物物种以及可能同样多的尚未发现的物种进行条形码编码。

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