我们在北大校园里，找到了犀牛和鸵鸟的DNA

现在，张开嘴大吸一口气，你会吸进多少生物的DNA？

看起来或许有点诡异，但这其实是“空气eDNA”技术的基础。这种全新的技术，可以捕捉空气中漂浮的微量DNA，通过DNA信息识别相应的物种——这往往能让我们发现肉眼不可察觉的奥秘。

如果你也好奇自己周围的空气中漂浮着什么生物的DNA，记得看到文章最末，我们正在招募公民科学家，共同进行空气eDNA的采样收集。

什么？空气里也有DNA？｜Pixabay

真的能测出DNA吗？

地球上的生物，无论是行走在陆地、翱翔于天空还是畅游于水中，都会持续地向周围环境释放自身的DNA。这可能源于生物体皮肤细胞的脱落、呼吸、排泄，或是羽毛、毛发的掉落等。研究人员通过收集水、土壤等环境样品，通过分子生物学技术对环境样品中的DNA进行提取和分析，就能从这些DNA溯源到它们对应的物种——这种技术称为环境DNA（eDNA）技术。

空气eDNA技术是环境DNA技术的延伸。携带着生物遗传信息的DNA片段，会随着空气的流动而散布在大气之中。当我们采集空气样本时，实际上就是在收集这些漂浮于空气中的DNA。

空气DNA分析简要流程｜作者供图

但这些DNA非常微量，我们真的能从中找到有用的生物信息吗？

为了验证这种技术是否可行，2020年，英国科学家在动物园进行了试验。

她们在动物园的20个地点安装了抽气泵和过滤器，让抽气泵运行30分钟。空气被吸入抽气泵，经过过滤器时，其中的eDNA会被截留在过滤器中的滤膜上；在实验室对滤膜进行处理，就能将DNA从其他杂质中分离出来。提取到的DNA往往量非常少，需要使用聚合酶链式反应（PCR）技术进行扩增；现在利用通用引物，可将属于同一个类群（比如维管植物、脊椎动物或真菌等）的多物种DNA同时扩增，快速获得丰富的信息。对扩增后的DNA产物进行测序，再将结果与已有的数据库比对，就能确定样本中存在哪些生物的DNA，从而识别出相应的物种。

英国研究者利用抽滤空气的方法收集动物园中的空气DNA｜Clare et al., 2022, Current Biology

她们在动物园收集了72份空气样本，最终检测到了25种兽类和鸟类。这其中有17种是动物园里饲养的动物，它们的DNA信息能够漂浮到笼舍300米外；另外一些则是动物园附近的“居民”，例如刺猬和鹿。此外，她们还检测到了鸡、猪、牛、马的DNA信息，这些可能来自喂养给动物的食物。

我们在北大测出了犀牛

除了使用真空泵“主动吸收”空气，还有一种“被动采样”。空气中漂浮的颗粒物质虽小，但也有重力。研究人员会放置花粉采样器或涂有粘性材料（如甘油、凡士林、胶带）的载玻片，等待空气中的颗粒物质自己沉降到采样器或载玻片上。

不过，真空泵等装置需要持续的电源供给，被动式收集器的装置使用也较复杂，不易大规模布设，这些都制约了空气eDNA技术的广泛使用。我们对空气收集装置进行了改进，利用多种材质的滤膜、粘性剂等材料在空气中捕获eDNA。

测试多种材料收集空气eDNA的能力｜Lin et al., 2025，Methods in Ecology and Evolution

我们在北京大学的校园进行了系列实验，把这些材料悬挂在户外，在春（3~4月）秋（9月）两季共约两周的时间里，就采集到485种植物和132种脊椎动物的eDNA！（研究论文昨天刚刚上线，感兴趣的朋友可以点击文末“阅读原文”获取文章。）

对于植物而言，很多时候花粉是重要的DNA来源。例如，随着银杏进入散粉期，其空气eDNA量逐天增长，这种定量特征可以帮助我们识别花粉过敏源。非花期的植物也能被广泛地检测出来，这些非花粉来源的DNA可能来源于叶片碎屑或其他植物成分。

通过在北大校园中收集空气eDNA，检测出的部分植物｜植物图片来自网络

我们检测到的132种脊椎动物，包括33种哺乳动物、66种鸟类、4种两栖类及29种鱼类。大部分为常见物种，如喜鹊、灰喜鹊、斑鸠等，但也有些出乎意料的结果。比如，我们从空气eDNA中检测到了苍鹭，恰好校园里就有一只网红苍鹭，虽然不能确认一定就是它的DNA，但大概率是吧！鱼的DNA也能在空气中检测到，这可能是由风将水面的eDNA扬送到空中，食鱼的鸟类也有可能将鱼类的DNA带到陆上。

通过在北大校园中收集空气eDNA，检测出的部分动物｜动物图片来自网络

另外，我们还检测到鸵鸟及犀牛！它们显然不是校园里的动物，我们怀疑这些DNA来自于北京动物园——有研究显示，空气中的eDNA可以远距离传输，某些植物的DNA可以飘到数十公里远。不过，这只是我们目前的猜测，想要确认这些动物DNA的具体来源，还需更多实验验证。

目前，我们对于空气eDNA的传播方式、输送距离、降解动态都了解有限，很多奥秘有待未来解析。但这两周的收集说明，我们的空气eDNA采样新方法简便、灵活、高效且经济实用，将会推动生物监测领域突破原有界限，实现更广泛时空尺度和更全面物种类型的生物信息采集。

发现肉眼难以察觉的奥秘

空气eDNA技术就像一种拼图游戏，每一份空气样本中都有海量的拼图碎片，我们从中拼凑出完整的生物信息图像——而这份图像往往能给我们提供肉眼难以察觉到的信息。例如，当鸟类经过某个地点时，人类的观测和影像监测设备不一定能记录到它，但我们却有可能通过它留在空气中的DNA信息，发现它的踪迹。空气eDNA还有助于我们获得更广大区域中的植物和真菌的多样性信息，为追踪物种分布、物候变化等提供海量数据。

这些优势，让空气eDNA技术为生物调查带来更多可能。

生物多样性监测

在全球生物多样性面临威胁的背景下，准确、高效地监测生物多样性至关重要，空气eDNA技术为这一领域带来了新的希望。

传统的生物多样性监测方法，如实地观察、相机陷阱和音频记录等，往往受到诸多限制，不仅耗费大量的人力、物力和时间，要求研究人员具备相当的形态学和分类学知识，而且难以发现一些隐秘或稀有物种。空气eDNA技术能够在不干扰生物的情况下，快速、全面地收集环境中的生物信息——即使是那些难以直接观察到的物种，或者栖息地人类难以到达的物种，比如穴居且行踪隐秘的蝙蝠等夜行性动物，我们也能通过在空气中留下的eDNA而检测到它们。

一位生态学家正准备在夜晚追踪蝙蝠；有了eDNA技术，科学家可以在不干扰生物的情况下，更方便快速地收集生物信息｜Luis Echeverría / NPR

这有助于科学家及时了解生态系统的变化，评估生物多样性的健康状况，为保护决策提供有力支持。

濒危物种保护

对于濒危物种而言，及时准确地掌握它们的数量、分布和活动情况是保护工作的基础。以朱鹮监测为例，传统人工监测方法受限于人力物力，难以实现大范围、高频率监测。空气eDNA技术为濒危物种保护提供了一种全新的、非侵入性的监测手段。

陕西省的科研人员最近就将空气eDNA技术应用于朱鹮监测，通过采集分析空气样本，成功检测到了朱鹮的eDNA。通过这种方法，我们可以了解朱鹮飞去了哪儿、更喜欢在哪里活动，从而了解其栖息地的适宜性，为制定濒危物种的保护和管理策略提供依据。

飞行中的朱鹮｜图虫创意

入侵物种预警

入侵物种对本地生态系统的破坏往往是灾难性的，因此早期预警至关重要。空气eDNA技术可以成为监测入侵物种的有力工具——通过在特定区域设置空气采样点，持续监测空气中的eDNA，一旦检测到外来入侵物种的eDNA信号，就能及时发出警报。

例如，在农田或自然保护区周边，通过实时监测空气eDNA，农民或保护区管理者可以在入侵害虫或植物刚刚出现时就察觉，从而采取相应措施，防止其大规模扩散，减少对生态和农业生产的损失。

每个人都能参与的采样

在北大校园里测试的采样方法简易快捷，让我们对大范围收集空气eDNA有了信心。

我们课题组近十几年来一直致力于eDNA生物多样性研究领域，通过研究水体、空气、土壤、沉积物和动物粪便中的eDNA，探索生物分布、群落组成、环境对生物的影响以及物种相互作用。

接下来，我们希望通过空气eDNA技术，广泛收集全国各地的信息。这可以发现更多关于动物、植物、真菌等多样性分布情况，了解我国生物多样性的具体组成和生命活动及其影响因素，譬如，植物多样性会受到哪些自然和人为活动的影响，真菌群落在城市和乡村的组成有何差异。另外，借由eDNA技术，我们还可以检测过敏源、病原，探究物候变化和生物时空动态。这些数据，未来将在野生动植物保护、传染病预警、环境管理等领域发挥更大作用，提供科学支撑。

我们希望在今年的8月～10月进行连续采样。不管你居住在哪里，只要是常住同一地区、能在采样周期内每周于同一地点完成采样，且家中有具备冷冻功能的冰箱可用于样品储存，就可以报名参加。

对于报名成功的朋友，我们将寄出采样所需的全部材料，并负责样品邮寄费用；分析完成后，可告知您生活环境中空气里包含的植物及真菌的DNA信息。

扫描二维码，填写问卷即可报名

我们真诚地期待有更多朋友加入，和我们共同探索全国各地的生物多样性。采样无需任何专业基础（参考下附教学图），在居住区周边即可进行，每周只需几分钟时间，就可以获得环境中的eDNA。

扫描上方二维码，填写问卷即可报名。了解更多信息，请点击这里：

作者：姚蒙

编辑：麦麦

题图来源：AI生成，北京大学校园里并没有犀牛和鸵鸟

Guokr

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