监测生物多样性是很重要的

人类有越来越对全球的影响生物多样性,这意味着我们的行动减少不同物种的总数存在地球上。许多物种灭绝驱动之前了解或理解他们在环境中所扮演的角色。关键物种的丧失或的到来外来入侵物种可以永远改变一个生态系统1,2]。因此,生物多样性的研究正变得越来越重要,我们可以了解各种生态系统正在改变。

传统上,科学家们监测生态系统通过亲身体验探索这些位置,确定物种生活在基于生物如何看,和计算生物(3]。这种类型的传统监测需要专家知识的科学家称为分类学家,专门识别物种通过仔细分析他们的人。不幸的是,科学家们用这些技能的数量下降,尤其是那些可以识别罕见的物种,这意味着对生物多样性的研究往往不像他们应该深入或广泛。

随着技术的提高,科学家们发现的另一种方法来识别物种存在于ecosystems-DNA。DNA基本上包含了每一个生物体的蓝图,确定每个生物的外观和功能。DNA是由两条链包含四个化学物质的组合基地(胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G),腺嘌呤(一个),或胸腺嘧啶(T))伤口扭曲,螺旋结构。部分的DNA序列可以作为“条形码”,它可以帮助确定不同的物种。这意味着,通过观察一个有机体的DNA的一部分,科学家可以识别生物。

埃德娜是什么?

在过去的30年里,科学家们已经开始使用DNA条形码调查哪些物种被发现在不同的环境中。环境中发现的物质,比如水、土壤、唾液或粪便(粪便)可以包含DNA的物种生活在那里。这个DNA可以来自于头发,尺度,皮肤、唾液或废物的生物环境。从环境中收集的DNA环境DNA(埃德娜)。分析埃德娜正在迅速改变科学家研究生态系统和生物多样性的方式(4]。

埃德娜如何被用来识别一个社区的生物吗?

一个社区是由许多不同的物种。识别某一生态系统的物种组成社区,样本取自埃德娜的环境和分析。特定的短片段艾德娜从环境中使用这一过程被称为成倍增加聚合酶链反应(PCR),所以有足够的研究。PCR使成千上万份这些DNA序列中的所有物种样本。因为每个物种都有一个特定的代码由四个基地(a、C、G、T),这些短序列可以作为标识符不同species-much像条形码识别一个项目在一个商店。DNA测序机器可以阅读这些基地DNA的顺序。一旦条形码序列是已知的,他们可以与序列数据库中已知的物种。这种方式,生物在生态系统可以识别(图1)。

使用艾德娜物种识别的优点是什么?

基于dna的方法已经彻底改变了物种的研究很难看到和识别使用传统方法(5]。例如,大多数细菌物种看起来也一样棒或者spheres-making识别基于他们看起来几乎不可能。但是科学家们可以使用埃德娜分辨这些细菌。事实上,科学家们甚至没有意识到有许多不同种类的细菌直到埃德娜的研究成为普遍。识别物种当他们年轻时常常比看的成人stage-think青蛙和蝌蚪。青蛙的不同物种可以看起来非常不同,但通常他们开发的蝌蚪看起来非常相似。能够确定哪些物种一个少年属于是非常重要的对于理解物种的栖息地依赖于对其不同的发展阶段。这些知识可以帮助科学家们做出正确的决定来保护一个物种的栖息地,保护生物多样性。还有其他原因往往很难检测环境中的物种。许多物种擅长隐藏。 Some can change the way they look in different environmental conditions, or they might live in habitats where they are difficult to see. For example, many invertebrates take shelter in coral reefs, and many species live in the dark depths of oceans or lakes. With the help of eDNA, the diversity present in many of the world’s hidden ecosystems is being revealed.

保护生物学是一个字段,埃德娜正在使用。保护生物物种及其栖息地的保护和保护。在这个领域,埃德娜既能帮助检测稀有物种和识别入侵物种。传统的监控检测稀有物种是耗时,并且通常需要工作在世界的偏远地区,所以埃德娜提供了一个优势。埃德娜的使用的一个有趣的例子来自罕见脊椎动物的研究。找到这些稀有动物是困难的,但埃德娜可以从胃里的寄生虫获得水蛭和蚊子等珍稀动物饲料,并更容易找到这些寄生虫。埃德娜可以告诉科学家物种寄生虫食,可以告诉科学家如果稀有物种。埃德娜也可以被用作一个早期预警系统来识别入侵物种传播到新的环境。因为埃德娜可以检测物种即使很少有个人在环境中,它可以帮助我们快速响应入侵物种的威胁。这意味着有更大的机会停止入侵物种的扩散之前就建立和潜在危害本地物种。

通常便宜识别生物使用埃德娜比使用传统方法[识别它们6],埃德娜样本通常可以更快的处理。这意味着更多的样品可以在更广泛的空间和时间,允许深入研究和更好的生态系统中物种的知识(图2)。

使用埃德娜有什么问题?

使用埃德娜发现物种帮助我们得到一个清晰的生活在我们的星球上,有多少不同的物种生活在一起,和社区的生物体是如何随着时间而变化的。然而,这种技术仍然有三个主要的局限性。

第一个使用埃德娜确定物种的限制是,在PCR反应和DNA测序过程中,有时错误,防止DNA序列复制或读正确。这些错误可能会导致一个物种被mis-identified。例如,一个物种可以被想念的时候存在(假阴性)或被确认是出现在一个示例实际上不存在(假阳性)。

评估生物多样性的同时,传统方法通常涉及计算生物出现在一个样本的数目,以及确定哪些物种存在。埃德娜帮助科学家了解不同物种的数量在一个社区。然而,它并不告诉他们有多少个体成员的物种在生态系统,传统的计算方式。即使有更多的某一物种的DNA,这并不一定意味着有更多的物种的成员。所以,埃德娜不能依赖要准确估计生物的数量在一个社区。

最后一个潜在使用埃德娜的限制是它可能导致物种识别错误。正确识别未知物种的DNA序列,该序列与一个巨大的数据库包含条形码已知的生物。这样做是基于similarity-if新序列与已知序列完全匹配,据说属于物种。不幸的是,数据库是不完整的,因为并不是所有的已知物种已被测序,因此一些序列获得埃德娜不能完全匹配到一个已知的序列。如果序列不完全匹配数据库中的有机体,他们被分配到最接近的匹配序列,它有时会是一个完全不同的生物!

埃德娜的未来

环境DNA帮助揭示地球上存在的巨大的生物多样性。从埃德娜的研究,已知的生物共享我们的星球已经大幅增加!埃德娜在物种的检测方法是一个令人难以置信的进步,但是仍有一些科学家需要解决的问题。但是,这个领域进展迅速,这些技术在未来将变得更强大和重要。到目前为止,埃德娜给了我们一个更好的了解物种生活在这个地球上,他们扮演的角色在他们的生态系统,这意味着我们可以有个更好的主意如何保护和保护我们周围的世界。

术语表

生物多样性:↑生物之间的多样性和可变性。

外来入侵物种:↑一个物种不常出现在一个环境,有能力迅速传播和接替物种通常发现。

基地:↑生物分子组成DNA的扭曲的螺旋结构。四个分子用于DNA的化妆:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。

环境DNA(埃德娜):↑DNA由有机体释放到环境的痕迹。这个DNA可以来自尺度、头发、皮肤、唾液或废物。

聚合酶链反应(PCR):↑方法的许多副本可以由一段DNA,这样它就可以被测序和分析。

DNA测序:↑的处理发现基地沿着一条DNA链的序列。

保护生物学:↑物种及其栖息地的保护和保护。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

作者承认新西兰的支持业务、创新、与就业研究programmes-Our湖泊的健康;过去、现在和未来(C05X1707) &工具箱来支撑,使明天的海洋生物安全系统新西兰奥塔哥大学(CAWX1904)以及博士奖学金由LS。我们感谢审稿人,科学指导,和编辑他们的有价值的和建设性的评论。最后,我们还要感谢苏珊Debad让年轻观众更容易接受我们的手稿。

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引用

[1]↑Babić,我。,Hudina, S., and Bielen, A. 2017. Invasion of the Chinese pond mussels—what makes these harmless-looking animals so dangerous?前面。年轻人5:56。doi:10.3389 / frym.2017.00056

[2]↑Giovos,我。,Katsanevakis, S., Coll, M., Piroddi, C., Steenbeek, J., Lasram, F. B. R., et al. 2019. Human activities help alien species to invade the Mediterranean sea.前面。年轻人7:97。doi:10.3389 / frym.2019.00097

[3]↑伯克,F。,Colding, J., and Folke, C. 2000. Rediscovery of traditional ecological knowledge as adaptive management.生态。:。10:1251 - 62。doi: 10.2307 / 2641280

[4]↑Taberlet, P。小笠原,。,Zinger, L., and Coissac, E. 2018.环境背景:生物多样性研究和监测。英国牛津:牛津大学出版社。

[5]↑赫伯特,p . d . N。,and Gregory, T. R. 2005. The promise of DNA barcoding for taxonomy.系统。医学杂志。54:852-9。doi: 10.1080 / 10635150500354886

[6]↑汤姆森,p F。,and Willerslev, E. 2015. Environmental DNA–an emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity.医学杂志。Conserv。183:4-18。doi: 10.1016 / j.biocon.2014.11.019