新的數(shù)字游戲：追蹤水怪，保護物種

“解開”水怪謎團

尼斯湖水怪存在嗎？對全世界的人來說，它一直是個謎。幾十年來，不斷有人說自己看見了湖中的巨大生物。但是，盡管科學(xué)家使盡渾身解數(shù)（包括使用潛艇和聲吶等），但始終沒有發(fā)現(xiàn)這個神秘的怪物。

2018年，一個“超級自然歷史”科學(xué)家小組聲稱“差不多”解決了這個謎團，一下子吸引了人們的注意力。

他們在蘇格蘭尼斯湖上花費了幾周時間來收集湖水，并將這些水運回實驗室進行檢測。他們想在這些樣本中找到湖中生活的所有野生生物留下的痕跡，即所謂的“環(huán)境DNA”，又稱“eDNA”。

對物種進行追蹤的傳統(tǒng)方法有：“捕獲并標(biāo)記”（對捕捉的物種進行標(biāo)記并放生觀察）和“陷阱攝像機”（將攝像機隱藏起來秘密拍攝）。這些方法通常比較耗費時間，而且價格昂貴，更重要的是還不一定能產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果。有時候更得看運氣——想捕捉的物種并不總是會及時出現(xiàn)，而且即使出現(xiàn)也不總是會剛好出現(xiàn)在攝像機鏡頭里。

eDNA提供了一種新的方法。動物在經(jīng)過特定環(huán)境的時候——無論是在水里、普通土地還是雪地，都會留下一些痕跡，例如脫落的皮膚細(xì)胞、粘液、尿液或者糞便等。

由于可以從最細(xì)小的有機組織樣本中提取DNA，因此，這樣的樣本可以為科學(xué)家提供足夠的信息來確定有關(guān)該生物的詳細(xì)情況。通過將從尼斯湖收集的“eDNA”與已知的物種進行比較，該小組人員就能夠知道湖中真實存在哪些物種，哪些不存在。

很遺憾，他們并沒有發(fā)現(xiàn)任何怪物的痕跡，也沒有發(fā)現(xiàn)任何鲇魚、鱘或鯊魚（有人認(rèn)為所謂的水怪很可能是它們）的DNA。最終，該小組的結(jié)論是，這個怪物最有可能是“巨型鰻魚”。

為物種保護搜集數(shù)據(jù)

eDNA分析當(dāng)然不只是用來尋找神秘怪物，它在動物保護方面也被派上了用場。蠑螈是英國重點保護動物，它們是水陸兩棲生物。在今天的英國和歐洲，由于池塘和繁殖地的減少，它們的數(shù)量也在銳減。多年來，它們一直是現(xiàn)代建筑業(yè)的受害者，因此，只有將它們轉(zhuǎn)移到另一個合適的棲息地，才有可能保證它們繼續(xù)生息繁衍。因此，監(jiān)視它們的存在已成為一項艱巨的任務(wù)。

由于蠑螈是夜行生物，傳統(tǒng)的做法是，研究人員要在夜間苦苦守候——即使這樣也無法準(zhǔn)確地監(jiān)測它們。采用了eDNA分析，研究人員只需在白天進行采樣，需要的人力和占用的資源大大減少了。

此外，eDNA分析在徹底改變?nèi)蚱h(yuǎn)地區(qū)的保護項目。例如，科學(xué)家正在通過從雪地足跡收集毛皮樣本來追蹤北極熊。通過分析這些樣本中的DNA，科學(xué)家們能夠找出一頭熊的活動軌跡，并繪制其家譜。以這種方式收集樣本比傳統(tǒng)的方法（安裝跟蹤項圈）要容易得多，并且可以更準(zhǔn)確地知道物種數(shù)量。

類似地，在中美洲加勒比海地區(qū)，eDNA分析也被用來研究鯊魚，并取得了非常不錯的成果。例如，2017年的一項研究表明，在禁止商業(yè)捕魚的海洋地區(qū)，如巴哈馬群島，鯊魚數(shù)量眾多；而在未得到充分保護的水域，如牙買加和伯利茲，鯊魚數(shù)量很少。在另一項在新喀里多尼亞的研究中，研究人員花費了兩周時間來采集了水樣本，然后進行DNA分析，獲知了許多鯊魚的種類，比采用傳統(tǒng)方法——耗時兩年的潛水拍攝——獲知的種類更多。

追蹤外來物種

由于eDNA采樣相對快速、容易，因此可以更快更準(zhǔn)確地繪制出整個生態(tài)系統(tǒng)。例如，研究人員就用它繪制出了秘魯北部亞馬孫河的一條主要支流——馬拉尼翁河流域的生態(tài)。他們在該河流域精心挑選了40個不同的點來收集樣本，然后進行分析。在樣本中，他們發(fā)現(xiàn)了600多種脊椎動物的痕跡，其中包括很多魚類，也有各種各樣的陸地脊椎動物，例如美洲虎、食蟻獸、蝙蝠和夜猴等。

eDNA分析也可以幫助提防外來物種入侵。以澳州的羅非魚為例，它最早被發(fā)現(xiàn)是在1978年，當(dāng)時它只在澳大利亞北部的一個小鎮(zhèn)出現(xiàn)，但現(xiàn)在在該國很多沿海地區(qū)都有分布。澳大利亞如今將羅非魚視為有害魚類，不允許人工養(yǎng)殖（違規(guī)飼養(yǎng)罰款高達20萬澳元），怕的是它們逃脫造成進一步泛濫。但即使采用高額罰款措施，也很難遏止羅非魚的瘋狂增長。避免出現(xiàn)這種局面的關(guān)鍵在于，要盡早捕獲入侵者，并在數(shù)量過高之前采取控制措施。

類似的例子還有，在英國，斑馬貽貝的入侵阻塞了一些污水處理廠的管道，中華絨螯蟹的入侵使得不少河岸崩塌。如果eDNA采樣被更早地應(yīng)用，那么這些入侵者可能在它們?nèi)肭种熬鸵训玫娇刂啤?/span>

重建遠(yuǎn)古動物生活場景

對DNA進行追蹤還可以了解過去。2016年，在一項分析古代DNA的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，阿拉斯加圣保羅小島上的猛犸象竟然活到了5600年前，比根據(jù)骨骼推算的時間晚了2000年。以前人們無法確定它們?yōu)楹螘缃^？因為它們沒有被獵殺，而且在人們認(rèn)為它們滅絕的那段時間里，氣候也很穩(wěn)定?，F(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，在新推算出來的時間里，猛犸象飲用的水源變得很咸，由此看來，它們的滅絕很可能是因為沒有合適的水喝。

科學(xué)家表示，從湖泊、洞穴和其它環(huán)境的古代沉積物中收集DNA并分析，可以幫助我們重建過去幾十年甚至幾千年的整個生物群落。它可以準(zhǔn)確地告訴我們物種什么時候進入該區(qū)域，或什么時候從那里消失，以及與過去的氣候變化有何關(guān)系。知道了這些，就可以預(yù)測生物群落對當(dāng)前的氣候變化會有什么反應(yīng)。

建立物種數(shù)據(jù)庫

eDNA分析也有一些局限性。例如，樣本的提取和分析只能在實驗室中進行，而且只能識別某種物種是否存在，但卻無法知道其具體數(shù)量，也無法知道該物種的年齡。

但是，它的優(yōu)勢更加明顯。無論什么物種，無論其在什么生命階段、無論其數(shù)量多少，樣本都可能被收集，無論在什么時間、什么地點都可以收集樣本，而且很多人都可以勝任這項工作。更重要的是，eDNA分析可以提供大量以前沒有的有關(guān)生物多樣性的數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們認(rèn)為，就氣候變化來說，我們可以通過“測量排放量和二氧化碳水平，進而設(shè)定目標(biāo)、評估進展，并不時報告”這一方法，來延緩變化的發(fā)生。但是在保護生物多樣性方面，我們從來做不到這樣。地球上一直有不同的物種在滅絕，如果能夠生成大量的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)將有助于解決這一問題。事實上，科學(xué)家們都非常認(rèn)可eDNA分析。盡管它不能完全取代傳統(tǒng)的采樣方法，但如果將它們結(jié)合使用，很顯然將為我們提供大量的數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)，我們就可以制定出相應(yīng)的策略，來保護我們的物種免受當(dāng)前環(huán)境的沖擊。