十年前，世界各地的生物学家和博物学家启动了雄心勃勃的目标，以创建地球生物多样性的清单。毕竟，他们说，你无法拯救你不知道存在的东西。即使是一些较高估计也表明，科学仅描述了地球物种的四分之一，这引发了人们对物种灭绝率上升大背景下的担忧。
随着这些项目在收集和描述物种的艰苦工作中缓慢推进，一种新的方法出现了，用于捕获地球未知物种的DNA以进行编目：从稀薄的空气中提取它。
这种方法涉及对生物脱落的细胞或其环境DNA（eDNA）中的遗传物质进行测序，在昆虫采样中尤其有用。它比传统的采样方法成本更低、速度更快，并且可以一次捕获许多物种的数据而不会伤害它们。
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本周在跨界生态学海报，在跨界生态学会议上展示，报告了一项概念验证工作，以展示其工作原理。法比安·罗杰在瑞典隆德大学担任博士后研究员期间，使用市售的液体旋风装置收集空气传播样本，该装置将空气旋入装满液体的管中，从而捕获先前在空气中携带的DNA片段。他在瑞典南部的三个地点收集了空气样本，他还使用传统方法对昆虫进行调查以进行比较。
罗杰和他的同事随后从样本中提取DNA片段，用于后续扩增和测序。为了鉴定分类单元，该团队依赖于宏条形码技术，该技术能够同时检测来自单个样本中发现的基因短区域的物种聚合体。没有发现任何新的科学物种。这项新工作的目标是证明可以通过分析从空气样本中收集的DNA来清点昆虫。
该团队发现了来自85个物种的DNA痕迹，包括蝴蝶、甲虫、蚂蚁、苍蝇及其近亲。他们还发现了九种青蛙、鸟类和其他脊椎动物。一些鉴定结果与传统的调查结果重叠，但eDNA方法遗漏了其他结果。例如，在陷阱中发现了48种蛾类，但空气采样方法仅鉴定了9种。这项工作尚未经过同行评审。
现在在瑞士联邦理工学院的罗杰说，他在监测水生生态系统中的新物种后，受到启发尝试对空气中的eDNA进行采样。“我突然意识到获取关于种群的良好数据有多么困难，”他说。“而且，最近的研究表明昆虫生物量减少了70%，我们严重缺乏数据。”他知道一些昆虫学家已经在土壤中检测到昆虫的eDNA。他推断，如果昆虫DNA最终落到陆地上，它可能起源于其他地方，例如上方的空气。
丹麦哥本哈根大学的进化基因组学研究员克里斯汀·博曼说，研究人员估计，在550万种昆虫物种中，只有100万种被科学家正式描述。因此，着眼于空气来监测物种生物多样性是一个令人兴奋的进展，可以加快保护工作。她没有参与这项新研究，但最近对哥本哈根动物园空气中哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物的环境DNA进行了研究。
“环境DNA迎接这种新基质的时机已经成熟，”她说，她补充说，她曾研究过粪便样本中的eDNA，其他人则研究过土壤、水甚至花朵，以发现哪些授粉物种在那里着陆。“在开发技术并确保其可靠性方面已经投入了大量精力，因此看到结果真是太棒了。我们以前为什么没有想到这一点呢？”
博曼补充说，当谈到监测昆虫时，看到一种不需要杀死试图评估的生物的方法尤其重要。一些DNA清单方法通常涉及捕捉和挤压物种以创建昆虫混合物。
加拿大约克大学的分子生态学家伊丽莎白·克莱尔说，一些eDNA和空气问题仍然模糊不清，她曾参与过类似的空气采样研究。首先，目前尚不清楚单个昆虫的DNA在飞走后能在空气中持续多久。研究人员是在感知最近的访问还是几个月前的访问？研究发现，在永久冻土中，完整的DNA在生物死亡后可保存长达10,000年。但在其他条件下，例如暴露于来自太阳的紫外线辐射，DNA可能会迅速降解。
克莱尔说，在河流和湖泊等水生环境中，DNA可能被困在沉积物中，然后在稍后的某个时间被搅动起来。“我可以想象陆地上也会发生类似的事情，DNA在土壤中，你扰动土壤，突然它又气溶胶化了。所以我们真的不知道eDNA是来自几分钟、几小时还是几十年[前]。”
另一个巨大的问题涉及丰度。物种DNA信号越大是否表明个体数量越多？克莱尔说，这是eDNA研究领域最热门的话题之一。“简单的答案是否定的，除非你有极其受控的条件，否则你无法知道丰度，”她说。水生条件中的一些证据表明，物种DNA的数量与其环境丰度有关——以及到达采样站的距离，她补充道。当物种更接近采样器时，信号可能会更大。
这样的eDNA信号可能揭示了就在空气采样器旁边的一只蝴蝶的存在，或者远处一大群鳞翅目昆虫的存在。克莱尔说，当生物死亡时，降解的身体通常会比活着时脱落更多的遗传物质。“我们不知道任何这些问题的答案。”
一旦这些问题得到解决，罗杰设想了一个被动、即时的昆虫监测世界——在生物多样性热点地区以及农业田中，种植者可以及时收到入侵害虫的最初迹象警报。
洛杉矶县自然历史博物馆昆虫学系主任布莱恩·布朗说，空气中eDNA的潜在研究益处是巨大的。他周游世界，使用传统方法对昆虫进行采样，并创建分类参考文库——这将对于理解来自eDNA采样器的基因片段至关重要。“我不认为这会取代我所做的工作，”他说，“但这令人兴奋，因为它价格实惠，并且对空气进行测序可能只需很少的工作量。想到我们生活和穿梭在生物汤的矩阵中，真是令人着迷。”