動物を見ずに勉強することを想像してください。 それはばかげているように聞こえますか？ 私たちのように動物を愛し、研究を楽しんでいるので、最初に生物学に興味を持った私たちのような人々にとって、それは悪い取引のように聞こえます。 しかし、犯罪捜査でDNA証拠を探す際に法医学捜査官が行うこと、または患者の血液中の病原体を検出するときに医師が行うことについて考える場合、まさにそれです：彼らは生命体を目にすることなく検出します。
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DNAは人生の青写真です。 地球上のほぼすべての生物に存在し、通常、組織片または血液サンプルから抽出することで研究しています。 しかし、実際、DNAはどこにでもあります。動物は絶えず、自分自身を掻き、尿、卵、唾液、排泄物、そしてもちろん死んだときにそれを流します。 あなたのベッドから海洋の最も深いくぼみまでのすべての環境は、ほとんどが細胞性物質である「生物学的ダスト」でいっぱいであり、そこにはそれを残した生物のDNAが含まれています。 これを「環境DNA」またはeDNAと呼びます。
科学者は、ますます高速で、正確で、手頃な価格の技術に助けられて、近年、多くの環境からこの微量DNAを配列決定し始めました。 そして、この「ミクロ」アプローチは、海洋と同じくらい広大な環境を調査する科学者にとっても有用であることが証明されています。
バハマでハンマーヘッドで泳いでいるジュディス：海は広大であるため、サメの調査と追跡は困難です。 （Nicolo Roccatagliata、著者提供） 多くの海洋動物は大きく、まれで、とらえどころのない、非常に動きやすいです。 サメは明らかな例です。海洋ではバイオマスのわずかな割合を占めており、それらのほとんどは捕獲が非常に難しく、海で冒険を始めて以来、人間と対立しています。 いくつかの例外を除いて、彼らは私たちを避け、私たちのために多くが絶滅の危機にthreatしています。
これが、数本の海水（およびその中のDNAフラグメント）をサンプリングするだけで、野生の追跡に時間をかけたり、時間とリソースを費やしたりせずに、サメの存在と分布を迅速にマッピングできるかどうかを確認するのが興味深いと思った理由です。集中的なサメ漁法。 私たちは、実際にこれが可能であり、異なる地理的地域で異なる種が検出できることを喜んで発見しましたが、人間により影響を受けた地域はサメのわずかな存在を示すでしょう。
ベリーズでのステファノサンプリング（ジュディスバッカー、著者提供） しかし、サメのモニタリングに対するこのeDNAアプローチの効率の真の測定値は、スキューバダイビングの視覚センサスや水中カメラの記録のような、確立された実証済みの方法論と比較した場合にのみ明らかになります。
これは、ニューカレドニア、フランス、オーストラリア、米国の南太平洋諸島に拠点を置く同僚と実施した最新の研究の焦点であり、現在はScience Advances誌に掲載されています。 結果は非常にエキサイティングでした。数週間にわたって収集された22の水サンプルは、2年にわたる数百の餌付き水中カメラの観測と数十年にわたる数千のスキューバダイビングよりも多くのサメを検出しました。 環境DNAで検出された種のほぼ半分は、従来の方法ではまったく発見できませんでした。 また、eDNAはサンプルの約90％でサメの存在を検出できましたが、水中カメラは50％を超えず、スキューバダイビングは約15％しか管理できませんでした。
ニューカレドニア：わずか22のeDNA水サンプル（赤い星）が、多数のカメラ録画（青）やスキューバダイビング（緑）よりも多くのサメを検出しました。 （Boussarie＆Bakker et al（2018）） 興味深いことに、初期の領域と影響を受ける領域の両方で、eDNAは他の方法よりも優れていました。 忙しく、騒がしく、枯渇した地域でさえ、さまざまなサメの種が検出され、絶滅したと考えられていました。 これは、保護を必要とする個人やグループの形で、「暗い多様性」がまだ存在している可能性があることを示唆しています。 同様に、eDNAは、範囲を拡大しつつある新しく確立された外来種の外観を明らかにすることで役立ちます。 これはすべての人にとって朗報であり、これが理由です。
eDNAサンプリングの速度と効率を考えると、海のはるかに大きな部分を短時間でスクリーニングして、さまざまな環境勾配に沿って、さまざまな時点で、広い面積と生息地にわたる多様性のパターンの概要を収集できます。 潜在的に、種の多様性のマップを迅速に構築し、それらを使用して予測モデルを作成し、多様性に影響する要因を特定できますが、他のカリスマ種でもeDNA検出の定量的側面を改善する方法が開発されています。 それはすべて、重要な生息地と生態系を保護するための計画を立てなければならない人々にとって大きな助けになります。
環境DNA科学はまだ急速に発展しています。 海から取得した未知の配列を照合するために使用するデータベースには、多くの既存の種の新しいDNA参照を追加する必要があります。 これらのかなりの割合は、科学者によってまだ説明されていない生物に属します。
現在利用可能な「DNAプローブ」は、短いシーケンスでは密接に関連する種を区別できない場合があるため、長くする必要があります。 たとえば、ブラックチップシャークは、本研究で使用したDNAストレッチに沿って、いくつかの同一の配列をグレーリーフシャークと共有しました。 それにもかかわらず、すべての最初の兆候は、このアプローチにより、地球上の最大の生態系を理解し、より適切に管理するための一歩を踏み出すことができることを示唆しています。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
ステファノ・マリアーニ、サルフォード大学保存遺伝学委員長
サルフォード大学環境・生命科学研究員、ジュディスバッカー
