革新海洋生態學的eDNA技術，究竟有何神奇之處

有了eDNA（environmental DNA，環境DNA），科學家在計數魚類和其他動物時，只要收集一小份水體樣本就行了。

從任一條河、湖或海裡取一杯水來，eDNA指紋分析就能知道最近有哪些魚曾經到此一游。以前在實驗室通常要花一個月以上的時間才能知道的結果，現在利用新工具只要三天內就可以確認出特定物種。這種技術可能大大改變科學界目前的局面。

「如果你星期二早上從紐約港取得了海水樣本，在星期四結束前你就能知道美洲擬鰈是否回來了。」紐約市洛克斐勒大學人類環境計畫（Program for the Human Environment）的主持人傑希．奧蘇貝爾（Jesse Ausubel）說。如果美洲擬鰈在的話，紐約港就會禁止疏浚。

這個稱為「eDNA釣魚趣」（Go Fish eDNA）的工具不僅反應快，每份樣本鑑識單一物種只要15美元，每增加一種就多加8美元。再過個幾年，也許清晨從海灘採來的水樣，到差不多早上10點就能讓救生員知道，這片海域有沒有虎鯊或大白鯊出沒。奧蘇貝爾說：「它會成為一種DNA試劑。」

洛克斐勒大學在11月29日至30日主辦了第一屆全國海洋環境DNA會議，科學家在會議裡探討如何使用和改進這種技術。

「即使在距離海岸超過1600公里的地方，在海上使用奈米孔eDNA定序技術，就能讓我們在48小時內鑑定出大白鯊曾經出現在船底的水層裡。」

這個「eDNA釣魚趣」工具是由洛克斐勒大學資深副研究員馬克．斯多可（Mark Stoeckle）開發，他以兒童遊戲「釣魚趣」（Go Fish）為它命名，在這個遊戲裡，一號玩家會問其他玩家手裡是否握有某種牌，例如：「你有任何騎士牌嗎？」

這種不需實際抓到動物，就可以辨認出動物基因足跡的能力，是「具有環境和經濟重大意涵的突破。」斯多可說。

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追蹤魚的基因足跡

人類每小時大約會損失3萬到4萬個皮膚細胞，從你家餐桌、層架和房間角落收集到的灰塵，大部分是這些死亡的人類皮膚細胞。魚類和其他海洋生物的皮膚及其他細胞也會脫落，這些細胞最終會下沉和降解，不過研究顯示這些基因足跡在水層裡平均會留存24小時。

從水層裡採集的水樣會先通過極細的過濾器，再從過濾出的「黏糊糊東西」1裡提取DNA，奧蘇貝爾解釋說。DNA（去氧核醣核酸）從心臟到皮膚、血液到骨骼等每個細胞都能找到，其中包含了決定外觀特徵的資訊，像是鰭、毛髮或皮膚。

每一個樣本提取出來的DNA物質，可能包含數千萬個DNA片段，幸運的是每個物種擁有獨一無二的遺傳標記（特定的DNA組合），就好像透過區碼02的電話號碼，就可以知道這個人住在臺北市一樣。這些遺傳標記會先分離出來，然後與類似電話簿的DNA資料庫進行比對，從而辨識出樣本裡找到的物種是什麼。

這是個非常可靠的鑑定工具，而且還提供特定物種豐度的線索，奧蘇貝爾說。它也能將大海中的生物多樣性揭露出來。研究人員要了解海中有哪些生物時，用傳統的網撈法或許可以捕獲20種不同的物種，而在相同的水體裡eDNA可能找得到100種，他說。

「在2010年完成的海洋生物普查（Census of Marine Life）計畫，耗時11年，總花費65億美元。但如果當初有eDNA這個工具的話，我們就能用更少的錢把事情做得更好，而且快上許多。」奧蘇貝爾正是其中一位領導普查計畫的人，他說：「eDNA技術改變了海洋科學的一切，現在你只要收集幾杯水就夠了。」

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操作簡單，小孩都會

而那正是紐約高中生在2017年的春天和夏天裡每週都在做的事。就在康尼島（Coney Island）的釣魚碼頭，他們發現了34種海洋生物洄游至此，其中還包括鯊魚和魟魚。

此外，波因頓中學（Boynton Middle School）的學生與康乃爾大學合作，採集水體樣本並運用eDNA，以找出他們所處的紐約上州地區有哪些入侵魚種。

在威斯康辛州，研究人員從蘇必略湖定期往返的船隻壓艙水裡，記錄到五種入侵的海洋浮游動物，裡面還包括源自黑海地區的血紅蝦（Hemimysis anomala）留下的eDNA。

「eDNA開啟了能以便宜、頻繁、廣泛和可能自動化的方法來監測水中生物的多樣性、分布區域以及豐沛程度的新境界，」退休的海軍中將保羅．高夫尼（Paul Gaffney）說，他同時也是蒙茅斯大學（Monmouth University）前任校長及城市海岸學會（Urban Coast Institute）海洋政策的會員。「政府機構一定要知道這點。」

 

撰文：STEPHEN LEAHY

編譯：蔡雅鈴

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（本文的網頁首圖Photo Credit : Matt Kieffer, via Flickr, CC BY-SA 2.0）