新研究揭示了天空中广泛存在的环境DNA 包括过敏原和病原体

一篇题为“空中eDNA的飞机调查：探测天空中的生物多样性”的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灭菌的探针和支持系统，通过全流量过滤和高完整性室捕获空气环境核酸(eDNA)。

使用这种创新探测器，研究小组通过使用轻型飞机采用标准化和可扩展的飞行模式，对环境DNA进行了空中映射。该研究的目的是从主要排放源上方不同高度的一系列生物体中收集生物气溶胶，这是气溶胶生物物质，并对其进行测序以进行识别。

这项工作始于一个探索的想法，克莱姆森大学的教员兼首席研究员Kimberly Metris博士回忆道。“我是一名分子生态学家，研究各种野生物种，从细菌到蓝头鲷鱼再到非洲水牛。我也开飞机，有一年夏天，当我驾驶跳伞运动员时，我有很多时间在爬升时思考跳跃高度。

“从气象学上讲，条件很好 - 10法定英里的能见度，相当平静的风，办公室里相当美好的一天 - 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，但它让轮子旋转。

从生物学上讲，空气中究竟是什么我们看不到的?这就是她和她的合著者开始探索的内容。“现在我们正在突破我们认为我们对天空的了解的界限。天空不是极限，而是宝库。

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，研究人员发现了大气中广泛存在的原核和真核eDNA，到达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都检测到鸡，牛和人类的eDNA，包括离地面8，500英尺的惊人高度。

研究人员从草，杂草和树木以及通常不会在空气中报告的物种(如大蒜)中发现了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。

他们还发现了致病细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。

研究中采用的可灭菌和可重复使用的采样探针被证明是可靠的，限制了样品损失和污染，同时直接从空气中过滤遗传物质。这项开创性的工作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，并将空气生物组概况与地面过程联系起来，为我们呼吸的空气中发现的遗传物质的存在和多样性提供有价值的见解。

这项研究的影响是深远的，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DNA的高通量扩增子测序表明，生物气溶胶可以来自自然过程，例如风诱导的田间和森林授粉，以及人为介导的活动，即生产农业，废水处理和包括医院废物净化在内的行业实践。

在大气中检测到的空气传播DNA图谱反映了地表排放物、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高空检测到的空气DNA图谱，建议纳入升力和空气质量特征的指数来标准化空气eDNA调查。此外，研究人员建议对实时、经验流速、总风量和使用的采样器类型进行标准化报告，因为它们具有截然不同的操作气流要求。

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、携带和沉积到其他地方，可能导致基因流动和杂交过程等生物学后果。

大气层对生命至关重要 - 在距离地球表面起源数千米处漂浮的空气脊椎动物衍生的eDNA的发现表明，大气中含有生物多样性物质，并对生物监测和疾病监测产生影响。科学家可以深入了解一个地区物种的存在、丰度和分布，为识别个体或追踪其运动或从大气中监测生产农业提供有价值的证据。

这项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。通过解开天空的秘密，科学家们正在获得关于我们的环境、我们呼吸的空气以及地球上生物多样性之间错综复杂的联系的新见解。

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