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整理：黎晶莹
科学家过去监测物种或生物数量时，通常利用定点计数或声探计测的方式，藉以推测现存数量。由于动物身上组织碎片、生殖细胞乃至排泄物都带有脱氧核糖核酸（DNA），因此在移动过程中，会掉落在各处，也在空气中留下痕迹，因此有了环境DNA（eDNA）。
eDNA是来自微生物、动物、植物等不同物种DNA的混合物，也就是从水、空气、土壤、冰芯等环境中直接提取到的DNA片段的总和，既包含生物体经由皮肤、尿液、粪便、粘液等释放到环境中表皮细胞中的胞内DNA，也包括细胞死亡后裂解，释放到环境中的胞外DNA。
所以科学家只要采集土壤、水源或空气样本，就能抽取eDNA，对其进行保存、提取、扩增、测序和分类，从而知道有关环境有哪些物种，掌握生态系的食物链，进而确定取样环境中生物的分布状况。
其实，科学家早在10多年前已发现环境中的生物DNA几乎无所不在，而且采集eDNA显得更有效率。此外因为不需直接自生物组织提取DNA，所以不具侵入性，可减少对野生动物生活的干预。
一桶水就能获取鲸鲨资讯
eDNA技术的研究方法，依序为样品采集、样品DNA提取、eDNA分析；应用则涵盖多个方向，包括某个环境中的生物多样性、是否有入侵的外来物种、濒危的物种、估算生物品种数量、生态食物链等。
随着技术的演进，如今eDNA已也应用于永冻土、化石和洞穴沉积岩等介质，生物类群囊括微生物至大型哺乳类，年代也可上溯永冻层到温和环境中的古老生物相。
eDNA对海洋濒危物种的生态研究，尤其有莫大的帮助，可藉由过滤海水样本取代捕捉活体采取肌肉或血液组织，以避免对敏感生物的直接干扰。例如，鲸鲨为广受世人注目的海洋软骨鱼类，但因遭人类过度捕捞正濒临绝种。
由于鲸鲨是海洋中的庞然大物，让科学家在对其采样与观察面临巨大困难，所以关于鲸鲨的资讯目前非常匮乏。eDNA技术此时就能派上用场，科学家仅需一桶水，就能获取鲸鲨的许多资讯。
尽早发现 尽早防范
此外，eDNA在协助监测外来入侵物种、避免来者”反客为主”，对原来生态构成威胁这一方面扮演了非常重要的角色。
上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心主任李晨虹教授指出，任何生物在水体里生存都会排出一些DNA，只要取出一升湖水，里面就有可能有鱼的黏液或者随鳞片脱落而排放的DNA，因此可以将其中的DNA进行提取，形成监测网络，可做到”尽早发现、尽早防范”。
李晨虹介绍称，eDNA应用前景广阔，不仅能用于监测入侵物种，还可以用来保护濒危物种，包括中国大鲵（娃娃鱼）、长江鲟、中华鲟的野外监测上，指这种方式比原先的鱼类调查研究省力高效。
李晨虹团队期待建立起eDNA数据库，开展相关新技术的研发和应用，不断完善外来物种监测机制，从”被动防御”变为”主动监测”，在保护濒危动物的同时，也让水体中的”鳄雀鳝”们无路可逃。
科技有待改进
尽管eDNA技术在研究初期取得良好成效，但仍有一定缺陷，例如在热带雨林等物种数量太庞大的地区，就不适合使用。
此外，由于无从得知动物DNA在空中停留多久，也不知道动物群体之间的差异，因此动物若有不同行为，就可能脱落更多DNA片段。
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早期的eDNA测序工作，均采用桑格测序法（Sanger sequencing），是利用双脱氧链终止测序法（dideoxy chain-termination），藉由聚合酶连锁反应大量复制不同长短的目标DNA片段，再依据各长短DNA链最后一个碱基的萤光讯号进行序列判读。
由于因双脱氧链终止测序法，是针对相同长度的所有序列同时测序，若测序样本中有两种以上的序列，将造成机器判读DNA讯号时互相干扰。受此限制，故桑格测序技术仅能针对单一DNA来源，而无法检测复杂的生物组成或全面的生物相，也限制了环境DNA的应用。
此外，目前的eDNA技术仍无法提供鱼类的生理状态、生长发育阶段等生物学特征以及鱼类的种群结构；不能提供鱼类目标种存在或不存在的实时数据；环境中保存的线粒体eDNA，不能在将”纯种”与杂交种区分开来。
随着科技进展，近年有一次世代的新测序技术（Next generation sequencing， NGS），为eDNA的利用开启了崭新的一页。此为桑格测序法以外的新一代测序技术的通称，差别在于NGS不是通过针对相同长度序列集体测序的双脱氧链终止测序法，而是将序列打断成差不多长度后，再针对每一条序列同时测序，因此没有序列讯号彼此干扰的问题，因而可达到快速、大量、经济且全面的测序。
虽然资料库中已建档的生物DNA序列数量不多，但研究团队希望未来能制定一套标准化流程，捕捉瞬息万变的生态系。
文：综合
图：互联网
视频：EnviroDNA 、公视新闻网
