eDNAの力：DNAメタバーコーディングを使って、見つけにくく絶滅した種を検出する

要約

本記事では、環境DNA（eDNA）を分析することで、見つけにくい種や絶滅した種の存在を検出する革新的な技術であるDNAメタバーコーディングについて探求します。DNAメタバーコーディングのプロセスについて説明し、過去10年間に数万種類の発見につながった方法について議論します。さらに、侵略的種の特定、生物多様性の監視、生態系の相互作用の研究など、eDNAの実用的な応用についても紹介します。

見つけにくい種を検出する課題

長年、カナダオオヤマネコなどの見つけにくい種を検出することに苦労してきた科学者たちですが、カメラトラップや足跡の識別では明確な証拠が得られませんでした。しかし、過去10年間で、研究者たちは最も見つけにくい種でさえ検出できる方法を開発しました。2011年、科学者たちは、目立つ雪の足跡からeDNAを分析することで、モンタナの遠隔地の森林にカナダオオヤマネコの存在を検出することができました。

DNAメタバーコーディングの仕組み

DNAメタバーコーディングという技術を使うことで、環境からサンプルを取り、どの生物が存在するか、また最近通過したかを知ることができます。DNAメタバーコーディングのプロセスは、土壌のコア、水の試験管、糞、昆虫の足跡、またはヒルの胃からの血液など、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、細胞タンパク質を分解してDNAを放出し、純化する酵素を使用して、DNA以外のものをすべて除外します。その結果、サンプル中のすべてのDNAが得られます。科学者は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を適用し、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、種を超えて類似したDNA配列に結合し、種固有の遺伝子バーコードを増幅します。最後に、ハイスループットシーケンシングが同時に数百万のDNAフラグメントを読み取ります。最後に、研究者は参照データベースと比較し、存在する種の数や種類を特定するか、新種を発見することができます。

eDNAの実用的な応用

DNAメタバーコーディングは、過去10年間に数万種類の発見につながりました。メタバーコーディングは、カナダオオヤマネコのような見つけにくい動物を検出するだけでなく、侵略的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。これらの両生類の痕跡が残らなくなった後、消えていたカリフォルニアレッドレッグドフロッグという絶滅危惧種を再導入しました。同様に、DNAメタバーコーディングは生物多様性の監視にも使用できます。例えば、伝統的なアプローチを使用して、1ヘクタールの熱帯雨林に生息するすべての昆虫を分類するには数十年かかる場合があります。しかし、昆虫のトラップからのDNAサンプルでこれらの結果を数ヶ月で得ることができます。1つの研究では、中国の雲南省内の隣接する森林と植林地の昆虫を比較しました。結果、植林地の生物多様性が低く、森林の特殊な甲虫が減少していることがわかりました。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。数千の昆虫が花を訪れる様子を追跡することは不可能です。代わりに、研究者は、花や昆虫に残されたDNAを研究し、受粉ネットワークをマッピングすることができます。