環境DNAの力：DNAメタバーコーディングを用いた生物多様性の発見とモニタリング

概要

本記事では、環境DNA（eDNA）とDNAメタバーコーディングの力を探求し、生物多様性の検出とモニタリングについて説明します。科学者は、環境からサンプルを採取し、DNAメタバーコーディングを使用して、どの生物が存在するか、または最近通過したかを特定できるようになりました。この方法により、過去10年間に数万種の発見があり、長く絶滅した種に関する物語を語ることさえできます。私たちの惑星の急速に変化する生物多様性を理解することで、気候変動の影響から保護することができます。

難捕獲種の検出の課題

カナダオオヤマネコのような難捕獲動物を探すため、科学者は遠隔地の森林に立ち入ってきました。カメラトラップや足跡の識別は、彼らの存在を明確に証明することができませんでした。しかし、過去10年間で、研究者たちは、最も難しい種さえも検出できるようになった方法を開発してきました。2011年に、科学者たちはDNAメタバーコーディングを使用して、モンタナ州でカナダオオヤマネコの存在を確認しました。このブレークスルーにより、科学者たちは、実際に見なくても種の存在を検出することができるようになりました。

DNAメタバーコーディングの台頭

世界中にはDNAがあります。多細胞生物は常に細胞を脱落させており、DNAは私たちの周りにあります。最近まで、eDNAは私たちにとってあまり役に立ちませんでした。従来の科学的手法では、複数の種の混合遺伝子物質を含む環境サンプルを通過させることができませんでした。しかし、DNAメタバーコーディングでは、それが可能になりました。この方法により、過去10年間に数万種の発見がありました。

DNAメタバーコーディングの機能

DNAメタバーコーディングは、土壌のコア、水の試験管、糞、昆虫トラップ、またはヒルの胃からの血液などの環境サンプルから始まります。研究者は、サンプルをブレンドして、細胞タンパク質を分解してDNAを放出し、精製する酵素を使用して、DNA以外のものを除外します。その結果、サンプル内のすべてのDNAが混ざり合ったスープができます。科学者は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を適用します。PCRは、ユニバーサルプライマーと呼ばれる人工DNAストランドを使用します。これらのプライマーは、種によって類似したDNA配列に結合し、種固有の遺伝的バーコードを増幅します。ハイスループットシークエンシングは、同時に何百万ものDNA断片を読み取ります。最後に、研究者は、参照データベースと比較して、どの種が存在するか、または新種を発見したかを特定します。

DNAメタバーコーディングの応用

DNAメタバーコーディングは、カナダオオヤマネコのような難捕獲動物を検出することができますが、外来種を特定するのにも役立ちます。ヨセミテでは、研究者たちは、eDNAを使用して侵略的なアメリカウシガエルを追跡し、除去しました。これらの両生類が残らなくなった後、彼らは、その地域から50年前に消えた絶滅危惧種のカリフォルニアアカガエルを再導入しました。DNAメタバーコーディングは、生物多様性をモニタリングするためにも使用できます。従来の手法では、1ヘクタールの熱帯雨林内のすべての昆虫を分類することに数十年かかることがあります。しかし、昆虫トラップからのDNAは、わずか数か月でこれらの結果を生み出すことができます。eDNAを使用することで、科学者は複雑な生態系の相互作用を調査することができます。

生物多様性モニタリングの未来

気候変動の影響に直面するにつれて、私たちの惑星の急速に変化する生物多様性を理解することが、保護するために重要になります。幸いにも、eDNAとメタバーコーディングにより、リアルタイムで急速な変化を文書化するツールが与えられています。これらの技術を使用することで、人間活動が生物多様性に与える影響をモニタリングし、将来の世代のために保護することができます。