DNA无处不在，甚至在空气中。对于那些因花粉或猫毛过敏的人来说，这并不奇怪。但两个研究小组现在独立地证明了大气中可以含有来自许多种类动物的可检测量的DNA。他们上周在bioRxiv上发布的预印本表明，采样空气可能是调查生态系统中生物的一种更快、更便宜的方法。
这项工作给其他科学家留下了深刻印象。德克萨斯理工大学生态学家Matthew Barnes说：“使用DNA检测空气中如此多种类的能力是一个巨大的飞跃。”“它代表了工具箱中一个令人兴奋的潜在补充。”
“令人惊讶的是，你能够获得鸟类和哺乳动物的DNA——哇，”罗格斯大学新布朗斯维克分校的分子生态学家Julie Lockwood说。新的研究表明“不仅仅是孢子；还有细胞、毛发和所有种类的有趣的东西漂浮在空气中。”
十多年来，研究人员一直在分析水中的这些不同的DNA来源，以识别难以捉摸的生物。研究人员在湖泊、溪流和沿海水域中对环境DNA（eDNA）的采样使他们能够识别出狮子鱼等入侵物种以及稀有生物如巨冠蝾螈。最近，一些科学家通过eDNA追踪了树叶上的昆虫，并发现了似乎由在路径上跳跃的哺乳动物留下的土壤eDNA。
关于空气中动物eDNA的研究要少得多。目前尚不清楚动物的组织会有多少飘散在空气中，以及这些细胞的遗传内容在空气中能持续多久。一些早期的研究使用宏基因组测序——一种识别DNA混合物的方法——来检测空气中丰富的微生物，包括细菌和真菌。2015年对华盛顿特区病原体空气监测器的研究发现了来自许多种脊椎动物和节肢动物的eDNA痕迹。但尚不清楚该技术的实用性，以及陆地动物如何脱落漂浮的细胞。
今年早些时候，现任职于约克大学的分子生态学家Elizabeth Clare在PeerJ上报告说，可以在实验室采集的空气样本中检测到裸鼹鼠的eDNA。为了找出是否可以在户外检测到动物eDNA，她与伦敦玛丽女王大学的同事们去了动物园：在那里，物种是已知的，并且不存在于周围的景观中，因此团队可以确定他们发现的空气中eDNA的来源。
2020年12月，Clare在Hamerton动物园公园的20个地点设置了带有过滤器的真空泵，并让每个泵运行30分钟。
Clare从动物园内外收集了72个空气样本。她使用聚合酶链反应将过滤器上留下的少量遗传片段放大到足以进行测序的DNA。她说：“我们必须相信它在那里，因为它不是你可以测量的东西。”在测序eDNA后，她将片段与数据库中的已知序列匹配。
团队识别了动物园中饲养的17个物种以及附近和周围生活的其他物种，如刺猬和鹿。一些动物园动物的DNA在距离动物围栏近300米的地方被发现。她还检测到了可能来自室内饲养的捕食者食用的鸡肉、猪肉、牛肉和马肉的空气DNA。总的来说，团队检测到了25种哺乳动物和鸟类。
与此同时，丹麦的研究人员也在追求同样的想法。哥本哈根大学的分子生态学家Kristine Bohmann回忆说，当他们为高风险资助项目集思广益时，灵感突然袭来。“我记得我说，它必须更疯狂——比如从空气中吸尘DNA，那将是疯狂的。”他们赢得了资助，并在哥本哈根动物园的三个地点用三种类型的采样器吸尘和风扇抽取空气。他们一致检测到了动物——总共49种脊椎动物。
苏黎世联邦理工学院的保育生态学家Kristy Deiner说：“这些预印本是令人兴奋的，并展示了一些伟大的数据。”她领导一个XPRIZE Rainforest团队，开发用于监测生物多样性的空气DNA技术。
空气中的DNA可能有助于揭示其他难以检测的动物的存在，例如那些生活在干燥环境、洞穴或那些飞出野生动物摄像机视野的鸟类，Lockwood说。
她警告说，关于这种方法仍有许多问题，包括eDNA在空气中传播多远的关键问题，这将影响该方法能多好地确定动物的最近位置。这个距离将取决于许多因素，包括环境；eDNA可能在草原上比在森林中飘得更远。另一个问题是动物究竟如何脱落DNA。它可能是在细胞因抓挠或摩擦皮肤、打喷嚏或进行任何剧烈活动（如战斗或制服猎物）时释放的。
但即使是树懒的eDNA也出现了，哥本哈根大学的博士后研究员Christina Lynggaard说，她在动物园进行了采样。
防止污染——eDNA研究中总是一个问题——尤其棘手。Barnes说，在空气中采样eDNA就像“在水下吸取样品”。Clare说，一个问题是如何找到一个阴性对照，或者一个没有DNA的测试样本。“我不知道在哪里可以买到一袋无菌空气。”
尽管存在未知数，Barnes和其他人对这项技术抱有很高的期望。研究森林害虫并已在树皮和树叶上识别出eDNA痕迹的Lockwood，已经希望从空气中识别害虫。“我迫不及待地想试试，”她说。