空氣里究竟藏著多少信息？過去，人們想到的是塵埃、花粉和細菌，如今，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，空氣中還漂浮著另一個龐大而隱秘的世界——DNA。

每一次呼吸、每一次皮膚脫落、每一根飄散的毛發(fā)，都在把遺傳信息釋放進空氣中。動物留下的羽毛和排泄物、植物散落的花粉、微生物和病毒，也都在空氣中形成一個巨大的“DNA云團”。這些微小片段附著在塵埃顆粒上，隨著氣流漂浮數(shù)天，甚至跨越數(shù)百公里。

英國《自然》雜志近日報道稱，科學(xué)家正通過空氣中的環(huán)境DNA，重建生態(tài)系統(tǒng)組成、追蹤病原體傳播，并探索這一技術(shù)在保護生物多樣性、公共安全和法醫(yī)學(xué)中的潛力?？諝?，正從無形背景，變成一個記錄生命活動的巨大數(shù)據(jù)庫。

圖片來源：英國《自然》雜志網(wǎng)站

從一次實驗到全國性監(jiān)測

2013年，英國科學(xué)家在一次實驗中第一次意識到空氣DNA的潛力。原本，他們只是想看看空氣里是否存在可提取的遺傳物質(zhì)，結(jié)果樣本中出現(xiàn)了數(shù)百種生物痕跡。隨后的研究，打開了利用空氣監(jiān)測陸生生物多樣性的大門。英國國家物理實驗室的物理學(xué)家詹姆斯·阿勒頓還找到了將這種方法推廣至更大規(guī)模的方式。他建議檢查英國重金屬監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采集的樣本，該網(wǎng)絡(luò)在市區(qū)、鄉(xiāng)村和工業(yè)區(qū)設(shè)有25個空氣泵。

根據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，研究人員利用DNA元條形碼技術(shù)，對其中15個站點的空氣濾膜進行分析，一次識別出1100多個生物分類單元。令人驚訝的是，空氣DNA檢測到的物種中，有一半未被公民科學(xué)數(shù)據(jù)庫iNaturalist記錄。研究人員表示，空氣DNA擅長捕捉小型、夜行性或不易見的生物，如真菌、地衣和無脊椎動物，而這些正是生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵角色。

讀懂過去也監(jiān)測未來

空氣DNA的價值，不只是實時監(jiān)測。

瑞典科學(xué)家在放射性監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，大量舊空氣濾膜被保存下來。它們原本用于檢測核試驗放射性塵埃，卻意外保存了幾十年的生物遺傳痕跡。研究人員利用鳥槍法分析后發(fā)現(xiàn)，從植物、鳥類、昆蟲到細菌、真菌和魚類，幾乎所有生態(tài)成員都留下了記錄。

這些濾膜就像時間膠囊。借助它們，科學(xué)家得以重建幾十年來區(qū)域生態(tài)演變。例如，某些針葉樹因林業(yè)管理擴張而增加，隨之影響苔蘚、真菌和昆蟲群落。過去只能通過長期野外調(diào)查得到的規(guī)律，如今可能從檔案濾膜中直接“讀”出來。

許多國家已開始關(guān)注這一可能。歐洲遍布放射性核素探測站，一旦利用起來，它們有望成為“生態(tài)歷史檔案館”，幫助科學(xué)家回溯幾十年的生態(tài)變化，重建物種遷徙和氣候影響過程。

澳大利亞研究人員則設(shè)計并3D打印了無需供電的被動采樣器，希望借此及時發(fā)現(xiàn)入侵物種或種群崩潰。

需回答四個核心問題

目前，從空氣中捕捉DNA的主流技術(shù)路徑有兩種。DNA元條形碼方法成本低、速度快，適合大規(guī)模監(jiān)測。鳥槍法測序信息量巨大，但計算復(fù)雜、耗時更長。

然而，英國班戈大學(xué)分子生態(tài)學(xué)家西蒙·克里爾提出，無論哪種方法，空氣DNA要真正成為可靠工具，還必須回答四個核心問題：DNA如何進入空氣？它以什么形態(tài)存在？多久會降解？又能傳播多遠？

答案往往出人意料。在距離海洋160公里的瑞典森林樣本中，研究人員曾檢測到鱈魚DNA。追根溯源后發(fā)現(xiàn)，是強北風(fēng)將海洋中的遺傳物質(zhì)吹到了內(nèi)陸。

英國約克的政府咨詢機構(gòu)“自然英格蘭”創(chuàng)新監(jiān)測技術(shù)總監(jiān)安德魯·尼斯貝特認為，目前空氣DNA不如聲學(xué)指紋識別（利用聲音識別動物物種）和衛(wèi)星數(shù)據(jù)等技術(shù)有用。空氣DNA最擅長的可能就是回答“有沒有”的問題，比如，只要檢測到一個可靠的信號，就能確認入侵物種或病原體已經(jīng)來了。

呼吸也會留下身份信息？

當(dāng)科學(xué)家從空氣中提取生態(tài)信息時，一個倫理問題隨之浮出水面：人類自己的DNA，也同樣暴露在空氣中。

空氣樣本中經(jīng)常會混入大量人類DNA。研究證明，通過高通量測序，可以區(qū)分同一物種中的不同個體。雖然研究人員沒有直接分析完整人類基因組，但短序列分析已能推測人類祖源信息和某些遺傳疾病。

這引發(fā)了激烈的隱私爭論。有學(xué)者指出：“如果呼吸就會把DNA釋放到空氣中，我們該如何看待隱私？”2023年，多位科學(xué)家聯(lián)合呼吁，在制定全球原則之前，暫停從環(huán)境樣本中研究人類DNA。一些期刊，如《環(huán)境DNA》，已經(jīng)實施了相關(guān)禁令，并計劃成立多學(xué)科倫理評估小組。

美國有線電視新聞網(wǎng)此前也報道，科學(xué)家擔(dān)心，這種技術(shù)可能成為最隱蔽的生物監(jiān)控方式之一。與攝像頭記錄外貌不同，空氣DNA記錄的是遺傳身份：你是誰、來自哪里，甚至可能暴露健康風(fēng)險。

不過，公共衛(wèi)生領(lǐng)域也對這一技術(shù)寄予厚望。根據(jù)美國《每日科學(xué)》報道，研究人員已嘗試通過空氣DNA監(jiān)測病原體、農(nóng)作物疾病甚至抗生素耐藥基因，他們希望在疫情暴發(fā)前提供預(yù)警。

空氣DNA正站在十字路口：一邊是重建生態(tài)、守護物種的巨大潛力，另一邊是隱私邊界、倫理審查的嚴峻挑戰(zhàn)。如何平衡，將決定這個隱秘世界的最終命運。

（原標(biāo)題為《讀懂空氣DNA中的隱形“生命檔案”》）