科学家发现空气质量监测站正在收集急需的生物多样性数据

一个国际研究小组发现，全球数以千计的环境空气质量监测站无意中记录的不仅仅是大气污染物和灰尘：它们还可能以环境 DNA (eDNA) 的形式收集生物多样性数据。直到现在，人们还认为用于监测生物多样性以及国家和全球范围的基础设施并不存在。

“当今地球面临的最大问题之一是生物多样性的加速丧失，”多伦多约克大学助理教授伊丽莎白克莱尔说，她是机载 eDNA 专家，也是今天发表在Current Biology上的论文的通讯作者。“这可能是生物多样性数据的宝库。通过分析来自这些监测站的过滤器，我们发现了惊人的结果。仅在两个地点，我们就发现了 180 多种不同植物和动物的 eDNA 证据。”

“这一点的潜力怎么强调都不为过。它可能是跟踪和监测生物多样性的绝对改变者，”该论文的第一作者、英国伦敦玛丽女王大学的Joanne Littlefair博士说。“几乎每个国家都有某种空气污染监测系统或网络，政府所有或私人所有，在许多情况下两者兼而有之。这可以解决如何大规模测量生物多样性的全球性问题。”

直到现在，还没有人认为这些空气质量监测站可以收集和存储全球鸟类、蜜蜂、蜱虫、真菌、昆虫、植物和哺乳动物的 eDNA 数据，作为其日常功能的副产品。但这正是以前所未有的规模监测生物多样性所需要的。

根据世界野生动物基金会的地球生命力报告，自 1970 年以来，野生动物数量下降了 69%。这些空气质量监测站可能正是追踪全球生物多样性所需要的，而且有可能利用过滤器上数十年的历史性 eDNA 生物多样性数据已储存多年。

世界各地的政府、科学家和环境机构都呼吁采用大规模、标准的方法来实时跟踪生物多样性——但这是一项不可能完成的任务——直到现在还没有标准化的方法，也没有提议部署基础设施。

这些空气监测站可能正在收集 eDNA 的发现更令人惊讶，因为它们可能一直在悄悄地这样做。

直到包括 Clare 和 Littlefair 在内的研究人员证明可以使用从空气中采样的 eDNA 来确定存在哪些物种，英国国家物理实验室(NPL) 的科学家们(负责运营国家空气质量采样网)才意识到他们已经拥有的潜力。NPL 的James Allerton博士和Andrew Brown 博士联系了 Littlefair 和 Clare，想知道英国的国家空气质量监测网络是否在正常运行期间收集 eDNA。不太可能的新合作者一起有了他们的第一个答案：响亮的是。

“我们经常收集颗粒物以测量空气中的污染物，但当我们看到 Clare 和 Littlefair 的工作时，我们意识到也许我们正坐在更有价值的东西上，”Allerton 说。

该团队在伦敦一个大型城市公园外的空气质量站进行了测试，收集了一个小时、一天和一周的样本，并将它们与苏格兰一个公共站点八个月前的样本进行了比较。

在伦敦玛丽女王大学，Littlefair 处理样本，而克莱尔和研究生 Nina Garrett 在约克大学分析数据。

“我们对能够用一种方法调查生命的多样性感到惊讶，这在这个科学领域几乎闻所未闻。在这两个地点，我们同时检测到 34 种鸟类和 24 种哺乳动物、各种昆虫、农作物、病原真菌、可爱的野花、观赏园林植物和草的 eDNA，”科学学院的克莱尔说。

“我们发现了一些有趣的物种，例如刺猬，还有獾、鹿、睡鼠、小猫头鹰、蝾螈、鸣禽和 80 种不同的林地树木和植物——橡树、菩提树、水曲柳、松树——所有这些都收集在这些微小的过滤器。令人难以置信的兴奋。”

它代表了一种机制，以标准化可重复的方式在整个国家每天、每周在数千个地点连续测量陆地生物多样性。

“这个想法的美妙之处在于我们正在利用已经存在的东西，”在 NPL 运营网络的布朗说。“如果世界各地的空气采样器网络都在收集类似的材料——只是作为它们正常运作的一部分——那将是一种不可思议的资源。”

考虑到 eDNA，该团队现在正试图保存尽可能多的样本。“我们还不知道这些样本的真正价值，但随着它们的收集，它们可以为我们的自然世界提供前所未有的视角。重复样本的规模可以为我们提供难以捉摸的生物多样性时间序列数据，以及以高分辨率形式测量陆地物种动态的能力，这在以前从未考虑过用于生物多样性监测，”克莱尔说。

正如 Littlefair 所说：“收集和评估这些样本需要全球共同努力，但这是一个利用已有的全球基础设施的绝佳机会，该基础设施几十年来一直在收集标准化的 eDNA 数据，直到现在，我们只是还没有意识到资源的存在。”

这篇题为“空气质量网络收集环境 DNA 并有可能在大陆尺度上测量生物多样性”的论文将于 6 月 5 日发表在《当代生物学》杂志上。