新研究揭示了一种研究空气传播遗传物质的革命性方法

最近发表在PeerJLifeandEnvironment上，研究人员成功地使用带有新型仪器的飞机调查来捕获空气中的核酸并探测大气中的生物多样性，揭示了令人惊讶的发现。

一篇题为“AircraftSurveysforAireDNA：ProbingBiodiversityintheSky”的开创性研究文章揭示了一种研究大气中遗传物质的革命性方法。科学家们开发了一种耐用且可消毒的探针和支持系统，以通过全流过滤和高完整性室捕获空气环境核酸(eDNA)。

使用这种创新的探测器，研究团队通过使用轻型飞机采用标准化和可扩展的飞行模式，在空中绘制环境DNA。该研究的目的是从主要排放源上方不同海拔高度的一系列生物中收集生物气溶胶，这些生物气溶胶是气溶胶化的生物物质，并对它们进行测序以进行鉴定。

这项工作始于探索的想法，克莱姆森大学教员兼首席研究员KimberlyMetris博士回忆道。“我是一名分子生态学家，研究各种野生物种，从细菌到蓝头白鲑再到非洲水牛。我也开飞机，有一个夏天，当我驾驶跳伞运动员时，我在爬升到跳跃高度时有很多时间思考.从气象学上讲，条件很好——10英里的能见度，相当平静的风，在办公室度过了相当愉快的一天——但这是在撒哈拉沙尘暴期间，外面到处都可以看到颗粒物。一种奇怪的感觉，但它让车轮旋转。”从生物学角度来说，空气中到底有什么我们看不见的?这就是她和她的合著者着手探索的内容。“现在，我们正在突破我们自认为对天空了解的界限。天空不是极限，它是宝库!”

这项研究的结果非同寻常。通过使用他们的采样探针和高通量宏基因组测序，研究人员发现大气中广泛存在原核和真核eDNA，深入美国东南部行星边界层数千米。值得注意的是，该研究在所有飞行高度(包括离地面8,500英尺的惊人高度)都检测到了鸡、牛和人类的eDNA。

研究人员从草、杂草和树木以及空气中通常不报道的物种(如大蒜)中识别出各种常见的植物性过敏原，揭示了多种空气传播的遗传物质。

他们还发现了致病菌和以前未知存在于大气中但在深海沉积物等其他极端环境中发现的细菌。

该研究中使用的可消毒和可重复使用的采样探头被证明是可靠的，它在直接从空气中过滤遗传物质的同时限制了样本损失和污染。这项开创性的工作使得能够使用飞机或其他飞行或固定方法绘制可能来自所有物种的遗传物质图谱，并将有氧生物组概况与地面过程联系起来，为了解我们呼吸的空气中遗传物质的存在和多样性提供了宝贵的见解。

这项研究的意义深远，可应用于生物多样性、野生动物生态学、生物防御以及病原体和过敏原监测。该研究对细菌、脊椎动物和植物的DNA进行高通量扩增子测序表明，生物气溶胶可以源自自然过程，例如田间和森林中的风诱导授粉，以及人类介导的活动，即生产性农业、废水处理和行业惯例，包括医院废物净化。

在大气中检测到的空气传播DNA图谱反映了表面排放、过敏原以及潜在的冰和云凝结核。雾化的有效性被认为会影响在海拔高度检测到的空气DNA图谱，这表明将升力和空气质量特征指数纳入标准化空气eDNA调查。此外，研究人员建议对实时、经验流速、总空气量和所使用的采样器类型进行标准化报告，因为它们对操作气流的要求截然不同。

eDNA/RNA形式的生物材料可以通过大气混合、提升和浮力被提升、携带和沉积到别处，可能导致生物学后果，例如基因流动和杂交过程。大气层对生命来说是强大而必不可少的——发现空气传播的脊椎动物衍生的eDNA漂浮在距地球表面数千米的地方，这表明大气层含有生物多样性物质，对生物监测和疾病监测具有重要意义。科学家可以深入了解某个地区物种的存在、丰度和分布，为识别个体或追踪它们的活动或从大气中监测农业生产提供有价值的证据。

这项开创性的研究为更深入地了解空气传播的遗传物质及其对各个研究领域的影响铺平了道路。通过揭开天空的秘密，科学家们对我们的环境、我们呼吸的空气以及地球生物多样性之间错综复杂的联系有了新的认识。

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