利用动物在环境中移动时留下的微小DNA片段，研究人员可以更深入地了解它们在哪里以及如何生活。

一项新的研究使科学家们不仅可以看到湖中有哪些鱼类，还可以确定这些鱼类的种群差异。

环境DNA (eDNA)测试水的发展使科学家和自然资源保护主义者能够知道最近有什么物种生活在或通过一个特定的区域。

但这项技术也有其局限性。通常，研究人员会测试一种被称为线粒体DNA的DNA。虽然这对于在一个样本(比如湖水)中对某些物种的存在与否给出一个二元是或否的答案是有用的，但它通常不够精确，无法提供有关这些物种种群的更详细信息。

为了做到这一点，研究人员需要寻找所谓的核DNA。这里的问题是，每个核基因组都比线粒体DNA大得多，但数量却少得多。这使得任何给定的核eDNA片段在环境中都非常罕见，并且更难分离。

但如果能做到，潜力将是巨大的。例如，它将允许研究人员追踪动物种群内部和种群之间发生的复杂遗传变化，而不必看到实际的物种。

这就是自然历史博物馆鱼类高级馆长鲁珀特·柯林斯博士与他在布里斯托尔大学、剑桥大学和坦桑尼亚渔业研究所的同事们合作的地方。他们已经成功地检测到了生活在同一湖泊中的两种不同鱼类的核eDNA。

鲁珀特说:“我仍然惊讶于它的效果如此之好。”“这在很大程度上是一个空中楼阁项目。”

研究结果发表在《科学》杂志上。

分布在东非大裂谷的无数湖泊通常被称为天然实验室。

这是因为，就像加拉帕戈斯群岛隔离了鸟类种群，从而导致了新物种的产生一样，这些湖泊就像鱼类的隔离岛。对于一种被称为慈鲷的鱼类来说尤其如此。

该地区持续的地质剧变导致地壳分裂，并在此期间形成了无数的湖泊和河流，使鱼类种群分离，使其他鱼类聚集在一起，同时导致更多的鱼类死亡。这一动态过程导致这些湖泊支持至少1500种不同种类的慈鲷，尽管这很可能被大大低估了。

但不仅仅是湖泊之间的鱼类数量存在差异。即使在湖泊中，也可能有多种栖息地，使鱼类逐渐变得彼此不同，进化成多种物种。

“我们在北半球的淡水鱼身上也发现了类似的模式，”鲁珀特解释说。“当所有的冰盖消退，湖泊形成时，随着新的栖息地暴露出来，进化迅速发生。”

“所以这不是热带特有的东西。它就发生在我们的家门口，但与炭，刺鱼和白鱼，而不是慈鲷。”

坦桑尼亚的马索科湖就是一个很好的例子。它几乎是一个完美的圆形火山口湖，深达35米左右。其中有一种名为Astatotilapia calliptera的慈鲷，在过去的1000年里分为了两个种群。对于生活在湖泊较浅边缘的鱼来说，雄性鱼通常是黄色的，以底栖无脊椎动物为食，而那些生活在较深水域的鱼则是深蓝色的，以漂浮的浮游动物为食。

尽管生活在湖中不同的地方，外表和行为都不同，但这两个种群在基因上的差异可能还不足以被认为是不同的物种(尽管它们很可能在这条道路上)。

但这意味着这种鱼是一项研究的完美对象，该研究旨在观察是否有可能通过单独取样来检测物种内部的遗传变异。

鲁珀特和他的同事们从湖的不同深度采集了水样，从表面到接近底部。然后过滤水以分离其中的DNA。

然后，研究人员分析了从不同深度的水中提取的eDNA，并对其进行了测试，以寻找更可能在较浅的黄色鱼或较深的蓝色鱼中发现的特定遗传变异。

在距离仅20米的距离上，研究小组发现，与黄鱼相关的基因变异在较浅的水域中更为普遍，而与蓝鱼相关的基因变异在较深的水域中更为常见。

鲁珀特说:“我们将eDNA与每个种群的测序基因组进行了比较，我们发现在每个深度都有正相关。”“深度模式在那里，这是惊人的。”

这首次展示了如何通过在极短的距离内取样核eDNA来检测物种内部的变化。虽然马苏科湖是一个相当封闭的环境，但这项工作至少证明了核eDNA采样的概念是可能的，并且它可以有进一步的应用。

鲁珀特解释说，其中一种情况可能是上帝。随着商业捕鱼的加剧，以及气候变化使欧洲水域变暖，这种适应寒冷的物种在南部的种群一直生存得很差，而在更北部的种群则生存得更好。但有一些证据表明，人口正在调整，这就是eDNA可以发挥作用的时候。

“例如，我们可以瞄准与适应温暖水域有关的特定基因，”鲁珀特解释说。“我们可以通过观察水样来了解整个鳕鱼种群的行为，而无需实际捕获任何鱼。”

这就是理论。但在小湖里做和在海里做是有很大区别的。”

无论如何，这项技术的进一步完善和发展应该能让研究人员和自然资源保护主义者更清楚地了解难以研究的动物的生存状况。

这个故事由自然历史博物馆转载。点击这里阅读原文。