臭虫王立新功,它分泌的大脑DNA让科学家探索原林生态。

2024-03-22 生活常识 关注公众号
研究人员在马努生物圈保护区捕捉粪便样本进行DNA测序,揭示生态系统的独特性,但这也带来风险。其中,粪便收集的难度较低,但也涉及甲虫等生态系统的生物多样性问题。未来需进一步研究影响因素和持续采集措施。

研究人员使用蜣螂胃部物测序野生动植物 DNA。

原作 HEATHER JASPER

翻译 阿金

魏潇

秘鲁的马努生物圈保护区(Manu Biosphere Reserve)是世界上最大的雨林保护区,也是地球上生物多样性最丰富的地区之一。马努是受联合国教科文组织保护的地区,面积相当于美国康涅狄格州和特拉华州的总和,覆盖了亚马孙河流域与安第斯山脉交汇之处。这一地理组合形成了一系列独特的生态系统,每年科学家都能发现先前未知的新物种。而偏远的地理位置保护了当地生物多样性,但同时也增加了科学家想要一探究竟的难度。

在茂密的丛林中捕捉想要研究的野生动物,这一做法不切实际,尤其还考虑到研究人员不得不在马努保护区内长途跋涉,穿越森林和水道。这样的提议成本昂贵,也让被捉住的动物不可避免地面临风险。而且,要抓住稀有的濒危动物更是难上加难,也给动物带来巨大风险。

然而,抓点蜣螂难度没那么高。它们很容易抓,运输起来也很便利,最重要的是,它们的身体上或身体内携带者许多动物的 DNA。因为生物学家想要研究的任何动物都会在森林留下踪迹和排泄物,而蜣螂作为森林“清道夫”,恰好以此为生。

收集 DNA 的屎壳郎

雨林中遍布甲虫,而且亚历桑德罗·洛佩拉-托罗(Alejandro Lopera-Toro)团队所研究的对象并非濒危物种。研究确实需要杀死一些甲虫,但整体上对生态系统的影响微乎其微。

秘鲁生物学家,同时也是团队成员的帕特里夏·雷耶斯(Patricia Reyes)说:“影响取决于每一物种的丰度和繁殖周期。甲虫种群数量的减少可能影响到它们的天敌,例如鸟类、爬行动物以及其他昆虫。森林健康取决于蜣螂分解有机物、传播种子的能力。尽管目前我们还没在生态系统中发现任何影响,我们仍然限制甲虫个体的采集数量,明确了禁止采集的敏感区域。我们提倡可持续性的采集方法,以缓解未来的可能影响。”

研究人员对捕捉蜣螂采集 DNA 的工作做了一些调整。为研究它们而特制的陷阱会让虫子掉入化学溶液中,这些溶液能杀死蜣螂,并保存它们的尸体直到被研究人员收集起来。然而,一些陷阱会污染甲虫的胃部物,让 DNA 变得毫无用处。而洛佩拉-托罗的陷阱能让虫子一直活着,保护好甲虫辛辛苦苦采集到的精细DNA链。他和团队也进森林,亲手收集活虫,认真记录下收集到每一只的时间和地点。从 2022 年 7 月开始,团队从上至下,在不同纬度的马努保护区生态系统中收集蜣螂(俗称屎壳郎),海拔从 500 米至 3500 米不等。

除了从蜣螂那里获取DNA,研究人员还用它们来展开代谢研究。来源:Elena Chaboteaux

马努生物站团队使用纳米孔技术来对虫子胃部发现的 DNA 测序,目的在于发现当地生存的动物类型。他们专门找蜣螂,因为这种甲虫觅食的栖息地取决于大型动物遗留下的粪便。而纳米孔 minION 测序仪的主要优势在于它能在现场就分离出 DNA 长链。“纳米孔长读增强了物种识别能力,无论你是在野外还是在实验室,实时数据分析可立刻得出结果。”纳米孔官方网站如此描述道。

生物学家朱丽安娜·莫拉雷斯(Juliana Morales)承认纳米孔测序的误差仍然很高,但是这一新技术不断改良,误差正在持续减少。对马努生物站团队来说,他们愿意承受误差的代价,毕竟仪器能在雨林中使用。因为他们不只专门研究某一特定物种,而是要建立当地物种数据库,所以并不需要正确测序每一个核苷酸数据来识别物种。尽管如此,要区分普通绒毛猴和黄尾绒毛猴,还是需要足够长的 DNA 链。

虽然研究人员喜欢使用纳米孔 minION 为 DNA 现场测序,但如果收集了超过几十种样本待分析时,他们就会将样本发送到加拿大安大略省的圭尔夫大学(University of Guelph)。从秘鲁丛林将样本寄送到加拿大,无疑是一场物流噩梦,但洛佩拉-托罗却表示值得一送。“圭尔夫大学每天能够处理上百份 DNA 样本。而在马努保护区的实验室,我们如果一天能处理完十份,这都是算运气好的了。”

在最近一批 76 份样本中,他们分析了来自蜣螂 11 个属 27 个种的胃部物。从这 76 份样本中,他们确认有吼猴、蜘蛛猴、赤短角鹿、夜猴、西貒、负鼠、棕胸林鹑以及两种犰狳的 DNA。奇怪的是,蜣螂还吃了约十几种水果,有一只还吸食了热带植物合果芋(syngonium)的花粉。

分析结果意义重大。“吃了美洲虎粪便的蜣螂不仅会告诉我们美洲虎的 DNA,还会告诉我们这只美洲虎它吃了什么。”洛佩拉-托罗解释说,“如果美洲虎杀死了一只西貒,并吃下了猎物 80% 的身体,那么蜣螂就会吃掉其他 20% 的部分。如果它们踩过美洲虎的脚印或留在地上的唾液,那蜣螂身上就有美洲虎 DNA 的踪迹。我们分析蜣螂胃部物以及身体上的情况,通过研究掌握了无数选择、机会,也能回答很多问题。我们能看到丛林中发生的更大现实图景。”

丛林中的技术

雨林并非是使用像 DNA 测序这类技术的理想场所。仅仅是潮湿的环境就能损坏大部分仪器,如果再加上赤道炎热的气候,更是雪上加霜。甚至是那些相对简单的技术,例如录音设备,在雨林中也会受到不小的影响。

鸟类学家里德·鲁梅尔特(Reid Rumelt)使用声学监测设备记录鸟类的鸣叫声,研究马努的生态多样性。2023 年,即便在电池盒和电路板周围包上橡胶垫圈并粘上胶带作为预防措施,他的设备仍失灵过好几次。一些记录仪“无法打开,另外两个无法将数据写入 SD 卡中”。但鲁梅尔特也说秘鲁马努地区非同寻常的生物多样性值得他想方设法克服技术难题。

生物学家帕特里夏·雷耶斯从蜣螂的食物中获取DNA。来源:Heather Jasper

在马努生物站,实验室使用便携式葡萄酒冰箱来存放摄像设备,在不使用的时候保持设备处于低温、干燥状态。而保护更大型的设备,例如电脑,难度就大多了。目前,他们将电脑存放在大塑料袋中,里面装着能吸收水分的硅胶袋。而纳米孔 MinION 测序仪的另一优点就是它们很小巧,能直接放到小冰箱里。

其他困难在于电力不稳定,起伏波动,网络连接有限。“丛林挑战着我们高效使用技术的能力。”雷耶斯说,“然而,推进科学研究、保护这些重要的生态系统,非常有必要。有创意的解决方案和对环境的不断适应,对克服这里的种种障碍至关重要。丛林丰富的自然资源本身就成为了非常吸引人的天然实验室,科学技术在此汇集,以求新发现。”这些发现吸引来了世界各地的科学家。

绘制雨林动物家谱

美国研究人员阿德里安·福赛斯(Adrian Forsyth)是创建并驱动秘鲁此类研究背后的重要科学家。他是安德斯亚马逊基金(Andes Amazon Fund)的创始人,在哈佛大学获得了热带生态学博士学位。洛佩拉-托罗在哥伦比亚哈维里亚那天主教大学(Pontificia Universidad Javeriana in Bogotá)读书时认识了福赛斯,后来跟随他去了秘鲁。在博士后研究阶段,洛佩拉-托罗在马努地区发现了超过190种蜣螂物种,是哥伦比亚、厄瓜多尔地区内蜣螂种类的两倍,也比非洲任何地方的蜣螂物种数都多。

一旦马努生物站的研究人员拥有更大的DNA样本数据库,他们便能跟踪森林中所有类型的动物。例如,通过在数据库中搜索赤短角鹿(一类小型鹿种),他们能看到发现赤短角鹿DNA的日期和地理位置。更重要的是,他们将拥有赤短角鹿的摄食数据,使用DNA确定该个体在这片区域其他赤短角鹿家族中的位置。

虽然世界各地针对蜣螂展开着众多研究,但马努的研究独一无二。马努是少数几个使用纳米孔 minION 设备来测序蜣螂胃部内 DNA 数据的地区。鉴于马努广泛的生物多样性,这里可能也是尝试建立在雨林内生存的所有物种数据库的最佳场所。

https://arstechnica.com/science/2024/03/scientists-get-dung-beetles-to-collect-dna-samples-for-biodiversity-studies/

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探索:人体肌肉生长的科学基础

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吉林省科学技术协会主办,致力于传播科学思想,分享科技生活,提高公众科学素质。肌肉是人体重要的组成部分,它可以进行收缩和舒张,是我们产生力量和运动的基础。肌肉是如何生长的?其基本机制是“破坏-修复-超量恢复”。正确的训练方式(渐进式阻力训练)有助于肌肉生长。此外,适当的有氧训练和柔韧性训练也对肌肉健康和生长有益。想要实现最佳增肌效果,还需要合理安排训练和饮食。

生活常识 04.20
王振常医生科学家,尽享探索宇宙深处的无尽奥秘: 医生科学家王振常:坚守医学界的神秘探索者 - 每日最新

王振常医生科学家,尽享探索宇宙深处的无尽奥秘: 医生科学家王振常:坚守医学界的神秘探索者 - 每日最新

思路,研究放大器如何调整放大倍率,以捕捉这些微米级别的结构。经过十年的努力,终于研发出了全球首台分辨率可达50微米的专用骨质CT仪器。这项创新性的发明突破了传统CT无法采集清晰影像的难题,使得成年人可以清晰地看到他们的骨骼结构,从而对疾病有了更准确的诊断和治疗。同时,王振常还在不同领域产生了重大影响,包括制定行业规范指南和资助多个国际项目。他的职业生涯见证了中国科技的进步和发展,体现了科学家的责任感和使命感。

生活常识 07.01
大理大学动物生态学研究团队发布全新昆虫科雪蝎蛉科记录——揭示自然界的生物多样性之美

大理大学动物生态学研究团队发布全新昆虫科雪蝎蛉科记录——揭示自然界的生物多样性之美

大理大学动物生态学团队在新疆发现中国昆虫新记录科——雪蝎蛉科。这3种雪蝎蛉分别为阿尔泰雪蝎蛉、贝氏雪蝎蛉和伊犁雪蝎蛉,并对它们进行形态学和生物学研究,进一步加强了学界对中亚地区昆虫多样性和地理区划的认识。此成果将中国已知长翅目昆虫科的数量从3个提升到了4个。

生活常识 11.12
左右手臂血压检测的准确度:以哪个为准?记住这个原则

左右手臂血压检测的准确度:以哪个为准?记住这个原则

该文本主要涉及两方面内容,一是关于血压检测的问题,二是关于左手臂血压异常的一些建议。主要内容可以概括为:“测血压时要注意左右臂的血压差别,如大于10mmHg,需就医确认病因。”

生活常识 11.23
长时间未见的海天奇观:揭秘引发海洋多年罕见景象的关键因素

长时间未见的海天奇观:揭秘引发海洋多年罕见景象的关键因素

广东、广西、海南、香港等多地发生海水倒灌事件,导致地面低洼地带需涉水行走,部分民居成为“海景房”,车辆被腐蚀。这是由于今年第24号台风“万宜”和冷空气的影响所致。政府建立和完善监测预警体系,加强堤防提标工作,加固防御海水倒灌的第一道防线。此次事件提醒人们应对台风、风暴潮等极端天气保持警惕。

生活常识 11.23
两国大熊猫提前8年完成繁育任务:中国旅芬大熊猫回家的故事

两国大熊猫提前8年完成繁育任务:中国旅芬大熊猫回家的故事

中芬双方达成协议,将在年内将旅芬大熊猫“华豹”“金宝宝”提前归国。中国已派出航班及饲养员前往芬兰接回2只熊猫。

生活常识 11.23
古代葬礼上的神秘药草:千年谜团揭开,他们为何服食药物以减轻疲劳?

古代葬礼上的神秘药草:千年谜团揭开,他们为何服食药物以减轻疲劳?

摩洛哥东北部鸽子洞发现的来自灌木属麻黄的浆果状球果中含有麻黄碱,一种能加速大脑和身体之间交流的强效兴奋剂。研究认为它们可能是当时石器时代的居民广泛使用的草药。麻黄碱的长期使用可能会导致癫痫发作。该发现揭示了植物在旧石器时代生活中的重要性,远早于农业文明出现之前。此外,麻黄碱还曾被用于治疗感冒和减少某些类型的出血。

生活常识 11.23
深度解析:从8大方式提升孩子的学习力 - 自然赋予的启示

深度解析:从8大方式提升孩子的学习力 - 自然赋予的启示

力症状。”这个现象让我深感震惊,同时也引发了我对如何在忙碌的工作之余带孩子接触大自然的重新思考。 这段文字主要讲述了主人公在工作之余喜欢来到大自然中散步,欣赏大自然的美景,并将这种行为视为放松心情的方式。尽管这种做法可能对身体有一些好处,但它也可能让人们过于依赖大自然,忽视了其他生活的重要部分。同时,主人公的母亲出生于一个贫困的农村,小时候的生活让她对大自然有着浓厚的兴趣和向往,这在作者身上得到了体现。

生活常识 11.23
孩子们的问题,家长的答案:如何有效地与在线教育互动

孩子们的问题,家长的答案:如何有效地与在线教育互动

合肥市建平实验小学南艳分校开展了一场亲子默契测试活动,以考验父母对于孩子的理解和支持。活动现场,二年级(9)班通过创意的提示卡让学生自主找座位,并通过游戏规则引导家长寻找,家长们在互动中展现出了亲子间的默契与信任。通过此次活动,大多数家长都能准确地找到自己的孩子所在位置,充分体现了家庭教育的重要性。

生活常识 11.23
育儿小贴士:给孩子感冒了该吃什么?快速缓解咳嗽症状

育儿小贴士:给孩子感冒了该吃什么?快速缓解咳嗽症状

咳嗽是身体清除炎症分泌物和排除呼吸道里病原体的重要方式,但需警惕可能由哮喘、肺炎、气管异物等疾病引起。要判断咳嗽是否为必要就医项,则需要具备辨别能力,了解医生开具药物的原因。医生并非不可靠,可通过阅读相关科普文章、向医生询问等方式提高判断力。当前情况下,应尽量了解自身健康状况,增强判断能力。

生活常识 11.23
全球首例!「盐酸佐利替尼」肺癌脑转移治疗药物在中国获得批准上市!

全球首例!「盐酸佐利替尼」肺癌脑转移治疗药物在中国获得批准上市!

盐酸佐利替尼是基于表皮生长因子受体19号外显子缺失或21号外显子L858R突变的非小细胞肺癌新药,旨在用于脑转移病灶的治疗,并已在中国国家药品监督管理局获准上市。 2022年,晨泰医药宣布国际多中心2/3期临床研究项目EVEREST完成所有受试者访视,结果显示佐利替尼在治疗脑转移病灶和提高整体疗效方面表现出显著优势。2017年,晨泰医药与阿斯利康达成合作协议,共同开发针对肺癌脑转移的创新药物佐利替尼。

生活常识 11.23
案例分享:当班护士因误操作,医院赔偿50万!

一级甲等医疗事故真相曝光:延误治疗导致巨额赔偿!

案例分享:当班护士因误操作,医院赔偿50万! 一级甲等医疗事故真相曝光:延误治疗导致巨额赔偿!

病房环境等因素来定,不应过于严格或宽松。同时,护士在巡视过程中应注重沟通交流,以便及时发现并解决问题。医疗机构在保障患者权益的同时,也要加强内部管理,确保医护人员的专业素养和职业操守,以防止类似事件的发生。

生活常识 11.23
旺仔牛奶异物检测结果曝光:厂家已取走,具体情况我们将会跟进

旺仔牛奶异物检测结果曝光:厂家已取走,具体情况我们将会跟进

近日,有人在旺仔牛奶中发现黑色异物,怀疑是老鼠。南都记者和旺旺集团首席营运官均对事件进行了回应,称消费者可以提出索赔,并表示已经采取措施防止类似情况再次发生。

生活常识 11.23