發(fā)布日期：2019-06-11
在婆羅洲，意大利維羅納大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Marta Paterno正在為便攜式DNA測(cè)序器準(zhǔn)備樣本。 圖片來(lái)源：PIERRE ESCOUBAS
本報(bào)訊 幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，生物學(xué)家一直在煞費(fèi)苦心地以緩慢的步伐識(shí)別新物種，描述樣本的生理特征，并經(jīng)常試圖在命名和發(fā)表物種之前將其納入生命樹(shù)。如今，他們已經(jīng)開(kāi)始嘗試能否在幾小時(shí)內(nèi)便將一個(gè)標(biāo)本確定為新物種，而且很快就會(huì)以極低的成本實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這是一場(chǎng)由短鏈脫氧核糖核酸（DNA）驅(qū)動(dòng)的革命——這段DNA被稱為“條形碼”，旨在向人們熟悉的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)符致敬。結(jié)合快速、廉價(jià)的DNA測(cè)序器，這些“條形碼”的差異足以提供識(shí)別物種的標(biāo)記。
“生物多樣性科學(xué)正在進(jìn)入一個(gè)黃金時(shí)代。”加拿大圭爾夫大學(xué)Paul Hebert說(shuō)。6月16日，他領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)將發(fā)起一項(xiàng)耗資1.8億美元的全球行動(dòng)，旨在識(shí)別超過(guò)200萬(wàn)種新的多細(xì)胞生物。其他研究小組也采用了這種方法，在實(shí)驗(yàn)室里，甚至直接在野外對(duì)新物種的樣本進(jìn)行梳理。目前，全世界的物種消失速度比發(fā)現(xiàn)速度還要快，因此生物學(xué)家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)表示歡迎。
“多年來(lái)，我一直夢(mèng)想著改變這些規(guī)則，把一個(gè)便攜式基因組實(shí)驗(yàn)室?guī)У綐颖舅诘牡胤健?rdquo;意大利維羅納大學(xué)遺傳學(xué)家Massimo Delledonne說(shuō)。他最近利用條形碼技術(shù)在婆羅洲島的森林中很快便發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蝸牛新物種。“野外條形碼技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)為黃金時(shí)段做好了準(zhǔn)備。”
生物多樣性專家估計(jì)，地球上有870萬(wàn)到2000萬(wàn)種植物、動(dòng)物和真菌，但迄今為止，只有180萬(wàn)種得到了正式描述。而昆蟲(chóng)是一個(gè)未被發(fā)現(xiàn)的物種領(lǐng)域。一直在用小型DNA測(cè)序器開(kāi)發(fā)條形碼技術(shù)的新加坡國(guó)立大學(xué)生物學(xué)家Rudolf Meier表示：“總體而言，它們?cè)陉懙貤⒌氐纳锪靠赡艹^(guò)所有野生脊椎動(dòng)物的總和。”
2003年，Hebert提出了DNA條形碼的概念——從一個(gè)樣本中測(cè)序不到1000個(gè)線粒體DNA堿基，就可以區(qū)分生物物種。過(guò)了一段時(shí)間，這個(gè)想法流行起來(lái)，但此時(shí)Hebert和其他愛(ài)好者已開(kāi)始從已知物種中編譯條形碼。例如，在2010年，他領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)名為“國(guó)際生命條形碼”（iBOL）的團(tuán)隊(duì)。這一耗資8000萬(wàn)美元的項(xiàng)目以圭爾夫?yàn)橹行?，旨在建立一個(gè)已知物種及其識(shí)別序列的參考圖書(shū)館。它現(xiàn)在已有超過(guò)730萬(wàn)個(gè)條形碼（每個(gè)物種都有不止一個(gè)），并且被證明是一種資源，不僅可以用來(lái)識(shí)別已知生物體，還可以用來(lái)記錄它們與其他物種之間的相互作用，包括基于特定樣本中的不同條形碼判斷是誰(shuí)吃掉了誰(shuí)。
如今，在30個(gè)國(guó)際合作伙伴的資金和實(shí)物服務(wù)的支持下，iBOL即將開(kāi)始為期7年的后續(xù)工作。該項(xiàng)目名為BIOSCAN，將在全球2500個(gè)地點(diǎn)收集樣本并研究物種間的相互作用，旨在將其參考圖書(shū)館擴(kuò)大到1500萬(wàn)條條形碼記錄，其中90%來(lái)自未描述的物種。
Hebert說(shuō)，這些數(shù)據(jù)將為監(jiān)測(cè)污染、土地利用變化和全球變暖對(duì)生物多樣性的影響奠定基礎(chǔ)。最終，“我們將能夠像追蹤天氣一樣追蹤地球上的生命”。
此外，Hebert表示，與iBOL之前專注于為已知物種提取條形碼的做法不同，“這次的主要目標(biāo)之一將是發(fā)現(xiàn)新物種”。如果軟件無(wú)法將一個(gè)樣本的條形碼序列與現(xiàn)有物種匹配，它將立即標(biāo)記該樣本，從而進(jìn)行更密切的遺傳和視覺(jué)檢查，并可能將其識(shí)別為新物種。
過(guò)去，科學(xué)家可能要花費(fèi)數(shù)年甚至數(shù)十年的時(shí)間才能確認(rèn)某些生物體是新物種。例如，某些蒼蠅物種僅在雄性生殖器的形狀上有明顯差異。
Hebert預(yù)測(cè)，定制的生物信息和測(cè)序儀可以一次讀取足夠的堿基，從而獲得完整的條形碼，這將使成本保持在一個(gè)較低水平——包括收集、保存、DNA提取、測(cè)序和后續(xù)分析在內(nèi)，每個(gè)樣本大約1美元。他預(yù)計(jì)，測(cè)序部分的總成本最終將降至每個(gè)樣本約0.02美元。（趙熙熙）
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2019-06-10 第2版 國(guó)際)來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
