eDNA技术确认全球第四只斑鳖的存在!

作者: 从水到陆工作室

来源: 科学大院

发布日期: 2018-04-14

2018年4月12日,全球最权威的龟鳖保育组织TSA宣布通过eDNA技术确认全球第四只斑鳖的存在,这一发现振奋了所有关心斑鳖保护的人。斑鳖是全世界最濒危的龟鳖,目前全球已知仅存4只。eDNA技术作为一种新兴的生态学和保育工具,能够高效地从环境样品中检测特定物种的存在,为珍稀物种的保护提供了新的希望。

2017年5月,研究人员在越南Xuan Khanh Lake拍到的斑鳖。4月12日,全球最权威的龟鳖保育组织TSA(国际龟鳖生存联盟,Turtle Survival Alliance )在官网上宣布了这一消息。美国华盛顿州立大学助理教授Caren Goldberg通过检测环境DNA(eDNA),确证了该斑鳖的存在。

斑鳖,这种浑身布满黄斑的椭圆形大鳖,背盘就能达到1米以上,体重能超过100公斤,是全世界三百多种龟鳖里数量最少、也是最濒危的龟鳖,没有之一。加上4月12日刚在越南确定的一只,目前,全世界已知有4只活着的斑鳖:中国两只,在苏州动物园;越南两只,分别在Dong Mo Lake和这次发现地Xuan Khanh Lake。

1873年,英国分类学家John Edward Gray研究了从上海附近采集的大鳖标本。因为这只标本是由Robert Swinhoe寄回到英国博物馆的,Gray就采用林奈发明物种命名的双名法将这个物种命名为Oscaria(属名)+ swinhoei(种本名)。当时,Gray认为这是他见过的最漂亮的鳖。

然而在接下来的一百多年里,限于当时研究条件的简陋和样本量的稀少,加之斑鳖幼体和中华鳖非常相似,成体和鼋又非常相似,斑鳖一直被误认为是鼋或者中华鳖。

直到1988年,Meylan和Webb重新恢复了斑鳖的有效性,并将斑鳖移入Rafetus属,拉丁名变更为Rafetus swinhoei。期间赵肯堂老先生为斑鳖正名四处奔走。国内学界直至1994年才由赵尔宓首次承认Rafetus swinhoei的有效性,并建议中文名称为“斑鳖”。

实际上在很早以前,中国人就认识了斑鳖,最为著名的传说就是“鼋鼍为梁”。传说周穆王三十七年时兴兵东进,到了九江,令江中的鼋鼍排列起来成为桥梁,于是渡江伐越。直到2005年,人们从赵肯堂的书中才恍然发现“古籍和资料中所指的鼋,今天看来应该都是斑鳖”。

遗憾的是,在科学家绞尽脑汁考证和确认斑鳖的过程中,人们从没有放慢破坏斑鳖生境和捕捉斑鳖的脚步。上个世纪前半叶,人们还能在太湖和红河捕捉不少斑鳖,有些个体被送到各个动物园或放生到寺庙中。上世纪90年代,上海自然博物馆在集市上先后购得几只背面布满黄斑的活鳖。1998年红河还有捕获野生斑鳖的报道。但之后20多年来,国内再也没有野生斑鳖的消息。

由于环境的限制,动物园或者寺庙的斑鳖陆续死亡。

最终国内只剩下长沙动物园和苏州动物园分别有一雌一雄。国外这时候也只有越南还剑湖还有一只。为了拯救斑鳖,2007年,长沙动物园和苏州动物园终于达成协议,让两只中国最后的斑鳖联姻。2008年5月5日联姻正式启动。这一年,越南也传来好消息,同莫湖发现一只斑鳖。但遗憾的是,中国的两只斑鳖10年来经历多次自然交配和人工授精均未成功。2016年,越南还剑湖的斑鳖突然死亡。

同时,科学家和保护人士也加快了脚步。一方面大家对中国的这对斑鳖仍然抱有希望,另一方面,也加大了红河流域的调查力度。在云南红河马堵山水库和越南的河内西部的春庆湖,陆续有些疑似斑鳖的线索,但没有确切的证据,专家们还不敢确认。功夫不负有心人,2018年4月12日,越南传来了重大消息——确认春庆湖存在斑鳖!

这一消息振奋了所有关心斑鳖、保护斑鳖的人!而这次的大新闻,也使一门新的技术——环境DNA(environmental DNA, eDNA)技术进入了公众的视野。eDNA仿佛一件神器,在茫茫的湖水中就这么确认了斑鳖存在的证据。

事实上,eDNA成为生态学家和保育工作者手中的工具,时间并不长。在过去的十多年里,DNA测序技术爆发式成长,DNA测序平台的能力增长了至少4个数量级,而价格越来越亲民,使得随时随地的测序已经成为一个现实。因此,eDNA的发展是一个水到渠成的结果。eDNA的原始定义其实很简单:eDNA是指在环境样品中所有被发现的不同生物的基因组DNA的混合。

这里的环境样品是一个非常宽松的概念,可以包括土壤、沉积物、排泄物、空气、水体,甚至生物个体本身(如马氏网捕获的昆虫)。动物在某个环境中生活,身上的各种痕迹会携带者自身DNA掉落到四周。作为一项技术,分析eDNA的目的就是获取这些环境样品中DNA所属物种的分类学信息和基因功能信息。

再讲通俗一点,科学家提取环境样品中的eDNA,就是为了分析这些DNA分别是属于哪些物种,从而证实在相应环境中存在哪些物种。eDNA的目的,与传统的动植物分类调查其实是一致的。

eDNA可以简单地依据其使用的目的分为两类。

第一类eDNA类似于对环境的生物多样性调查,方法是检测环境样品中尽可能多的DNA序列,与数据库比对分析它们所属的物种分类信息,最终鉴定在这个环境中生活的所有物种,这个方法又被称为DNA宏条形码。在样品处理上,DNA宏条形码使用普通的聚合酶链式反应(PCR)或直接霰弹枪法(shotgun strategy)测序,这两个实验方法都比较成熟,能够方便获得多个DNA序列。

另一类eDNA技术类似于特定生物调查,目标是寻找在环境样本中是否有单一物种的DNA存在,通常用于研究和追踪珍稀物种在自然界的分布。它与第一类DNA宏条形码的区别在于它并不在意环境中属于其它物种的DNA,因此在样品处理上通常使用更精确的定量PCR(qPCR)技术,目标是找到极其少量的目标物种的DNA。

eDNA的发展最早可以到追溯到1987年,在一篇研究沉降物DNA提取技术的文献里最早提出了eDNA这个概念。到1990年,出现了第一项使用这个技术的工作,研究人员使用eDNA分析了海水样品中的微生物DNA。不过在这之后eDNA都一直只局限在微生物的鉴定之上,直到2003年eDNA第一次被用于检测环境样品中的大生物(macroorganism,与微生物相对,指肉眼看得到的生物)的DNA并获得成功。

之后高通量测序技术的发展助推了eDNA的发展,2008年eDNA第一次用于检测淡水样品中的物种,2010年第一次在粪便样品中检测动物的食物分类……直到今天,eDNA成为了生态学家和保育工作者手中的重要工具,从历年发表的eDNA文献数量中,我们也可以看出这个爆发的趋势。

用于识别物种的DNA宏条形码结构。而来自越南春庆湖的样品,eDNA检测给出了清晰的正向结果,表明春庆湖确实存在斑鳖!国内的科学家们希望,利用环境DNA技术,能在云南红河流域尽快找到更多的野生斑鳖,让它们加入斑鳖的保育计划,尽快地繁殖出后代。

斑鳖已经错过了1988年颁布的《国家重点保护野生动物名录》。而这三十年里,这份名录几乎没有变动。直至今日,斑鳖还没有受到法律的保护,作为科研人员,我们热切希望《国家重点保护野生动物名录》尽快更新,同时,也希望云南红河不要再建大坝,不要再硬化河道,保护斑鳖的原生环境。斑鳖保育,必须和时间赛跑!

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