종 추적을 위한 '게임 체인저'

새로운 연구에 따르면 대기 오염 센서가 실수로 환경 DNA를 포착하고 있습니다. 이것이 전 세계적으로 생물다양성을 보호하기 위한 게임체인저가 될 수 있을까요? 전 세계적으로 생물 다양성을 추적하는 것은 엄청나게 어려운 일 입니다 . 국가 모니터링 프로그램은 매우 다양하며 수집된 데이터의 대부분은 불규칙하고 공개적으로 공유되는 데이터는 거의 없습니다.

그러나 과학자들은 놀라운 해결책을 찾았을 것입니다. 대기 오염을 모니터링하기 위해 전 세계적으로 이미 사용되는 필터입니다.

이러한 장치는 수십 년 동안 의도하지 않게 동물과 식물에서 많은 양의 환경 DNA를 캡처해 왔습니다. 과학자들은 이것이 과거와 미래의 생물다양성 변화를 이해하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.

캐나다와 영국 과학자들의 새로운 연구에 따르면 공기질을 모니터링하는 스테이션이 2021년과 2022년에 실수로 동식물로부터 많은 양의 DNA를 수집했습니다. 캡처된 데이터는 전 세계적으로 "생물 다양성을 추적하고 모니터링하기 위한 절대적인 게임 체인저"가 될 수 있다고 합니다.

테스트 케이스에서 과학자들은 2021년 9월부터 10월까지 그리고 2022년 4월부터 5월까지 스코틀랜드와 런던에 위치한 공기질 필터에서 180개 이상의 다양한 식물, 곰팡이, 곤충, 포유류 및 양서류로부터 환경 DNA를 회수했습니다. 과학자들은 국가 규모의 고해상도 생물다양성 데이터를 수집할 수 있는 엄청난 기회를 나타냅니다."라고 과학자들은 연구에서 결론지었습니다.

연구 공동저자이자 런던 퀸메리대학교 생물학과 강사인 조앤 리틀페어(Joanne Littlefair)는 "우리는 단 두 개의 기기에서 180개 이상의 분류군을 성공적으로 식별해 매우 놀랐다"고 말했다. 동물에는 작은 올빼미, 매끈한 도롱뇽, 80종의 다양한 나무와 식물이 포함되었습니다. 연구원들은 초기 샘플링에서 특이한 종이나 개체군 이동을 식별하지 않았습니다. 그들은 이것이 수집된 DNA가 지역적이며 "다른 대륙에서 불어오지 않았다"는 것을 보여준다고 말합니다.

이 연구에서 과학자들은 필터에서 피부 세포, 타액, 머리카락 및 대변의 형태로 흘린 공기 중 환경 DNA를 추출하고 특정 프라이머, 분자 태그를 분석하여 그 결과를 온라인 참조 라이브러리와 다시 일치시켰다.

이 연구의 수석 저자이자 캐나다 요크 대학의 분자 생태학 조교수인 Elizabeth Clare는 기존 인프라가 생물 다양성 연구에 활용될 수 있음을 보여주기 때문에 이번 발견이 "정말 흥미진진하다"고 말했습니다.

Clare는 "이미 기반 시설이 갖춰져 있으며 운영의 부산물로 매우 가치 있는 자료를 수집할 수 있습니다."라고 말합니다.

영국 환경청의 네트워크를 관리하는 국립물리연구소(National Physical Laboratory)의 수석 과학자 앤드류 브라운(Andrew Brown)에 따르면 이는 기존 및 기존 대기질 네트워크가 생물다양성 데이터의 미개척 소스가 될 수 있음을 의미합니다.

Brown은 전 세계의 공기질 측정소가 고도로 규제되고 표준화된 방식으로 매일 또는 매주 데이터를 수집한다고 말합니다.

환경 DNA는 기존 방법으로는 식별하기 어려운 곰팡이와 같은 종을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다(Credit: Craig Joiner / Getty Images)

플로리다 대학의 연구원인 Mark McCauley는 공기 필터가 특정 위치에 어떤 종이 ​​존재하는지에 대한 중요한 정보를 제공할 뿐만 아니라 과학자들이 "이러한 종의 변화가 지리적 및 시간적 규모에서 어떻게 발생하여 최근까지 예측하지 못했을 것"이라고 말했다.

공기 필터가 제공하는 정기적인 모니터링은 "생물다양성 과학에서 전례가 없는 것"이며 과학자들이 동물 개체군의 역학을 연구하고 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지 확인할 수 있기 때문에 종 변화를 이해하는 데 중요하다고 Clare는 말합니다.

단일 샘플과 달리 이러한 반복 측정은 "해당 지역에서 일어나는 일에 대한 완전한 그림을 제공"할 수 있다고 Clare는 말합니다. "[특정] 인구의 이동, 새로운 종의 도착 또는 기후 변화로 인한 지형 변화를 감지할 수 있습니다."

현재 생물다양성 모니터링의 문제점은 체계적인 방법이 없다는 점이라고 Littlefair는 말합니다. 예를 들어 영국에서는 과학자들이 종을 모니터링하기 위해 "시민 과학자"가 수집한 데이터에 크게 의존합니다. 이것은 나비와 새와 같은 "카리스마 종"에 효과가 있지만 덜 인기 있고 식별하기 어려운 균류 및 야행성 동물과 같은 다른 종에 대한 기록이 좋지 않다고 그녀는 말합니다.

Littlefair는 "이러한 [대기질] 네트워크에서 얻은 환경 DNA의 가장 좋은 점은 우리가 원하는 모든 분류군을 찾는 데 사용할 수 있다는 점입니다."라고 Littlefair는 말합니다.

그러나 Clare는 신체 크기와 활동이 DNA 샘플링에 미치는 영향과 같은 "많은 미지수"가 여전히 있다고 경고합니다. 그러나 가정은 모든 종이 DNA를 흘리며 "범위 내에 있으면 무언가를 감지할 동일한 확률을 가져야 한다"고 그녀는 말합니다.

새로운 연구는 공기 중 입자가 종을 식별하는 데 도움이 될 수 있는지 여부를 조사한 첫 번째 연구가 아닙니다. Clare와 다른 과학자들의 2022년 연구에 따르면 동물원의 공기에는 그곳에 거주하는 동물을 식별할 수 있는 충분한 환경 DNA가 포함되어 있습니다 . 그들은 호흡, 타액, 모피 및 대변을 포함하여 동물이 흘리는 공기 중 DNA를 분석하고 코펜하겐 동물원에서 49종의 척추동물을 탐지했습니다.

공수 DNA는 과학자들이 "우리가 볼 수 없는 종들이 거기에 있음"을 감지할 수 있게 해주기 때문에 과학자들에게 유용한 도구라고 이 연구의 수석 저자이자 코펜하겐 대학의 분자 생태학자인 Kristine Bohmann은 연구가 발표되었을 때 말했습니다 . 또한 카메라 트랩을 설치하거나 발자국을 추적하는 것과 관련된 다른 생물 다양성 모니터링 방법보다 자원 집약적이며 비용이 적게 든다고 그녀는 말했습니다.

스웨덴 예테보리 대학의 부교수인 Matthias Obst는 공기 필터를 사용하여 생물 다양성을 추적할 때 몇 가지 제한 사항이 있다고 말합니다. 이러한 스테이션은 종종 생물 다양성이 있는 장소에서 작동하지 않으며 기존 방법의 경우보다 오 탐지율이 훨씬 더 높을 가능성이 있다고 그는 지적합니다. 예를 들어 필터는 지나가는 새나 바람에 날리는 먼지에서 DNA를 포착할 수 있습니다.

"우리는 앞서 나가서는 안 됩니다."라고 그는 말합니다. "환경 DNA 방법은 큰 잠재력을 가지고 있지만 이 기사에는 "생물다양성 모니터링 인프라"에 대한 증거가 거의 없습니다.

Clare는 필터가 도시 환경에만 있는 것이 아니라 국립공원과 다양한 생물이 서식하는 지역에서 자주 발견된다고 말합니다. 그녀는 이 연구가 국가들이 "중요한 생태학적 관심"이 있는 새로운 위치에 스테이션을 설치하고 공기 필터로 캡처한 DNA를 보존하고 보관하도록 장려할 수 있기를 희망합니다.

"많은 곳에서 [공기 필터에 의해 포착된] 환경 DNA는 거의 즉시 폐기됩니다. 이 파일럿 연구를 통해 우리는 이러한 샘플의 생태학적 가치를 보여주었으므로 데이터가 보관되고 연구되기를 바랍니다."라고 그녀는 말합니다.

Clare는 놀라운 보물 창고를 증명할 수 있다고 덧붙입니다.