自然界的偵探：如何從蜘蛛網（spider web）中發現生物多樣性

 

圖片來源：iScience

聽過eDNA（環境DNA）嗎？環境DNA（eDNA，environmental DNA）是指從環境樣本中提取的任何DNA，這些樣本不需要直接來自生物體本身。eDNA可以從多種環境來源收集，包括但不限於：

1. 水體：水體是最常見的eDNA來源之一。研究者可以從海洋、河流、湖泊、溼地或其他水域收集水樣本來檢測其中的eDNA，以監測和評估水生生物的物種組成和多樣性。

2. 土壤：土壤樣本也是eDNA研究的重要來源。從土壤中萃取的eDNA可以用於了解陸地生態系統中的物種多樣性、群落結構和物種的地理分佈。

3. 沉積物：湖泊、河流床或海洋底部的沉積物可以提供有關古代和當前生物群落的信息。這些樣本中的eDNA可以用於古生態學和保護生物學研究。

4. 空氣：最近的研究顯示，空氣樣本中也可以檢測到eDNA。雖然這是一個相對新的研究領域，但它為監測飛行昆蟲、鳥類甚至哺乳動物提供了可能性。

5. 其他生物構造物：動物的巢穴、蜂窩或其他由生物製造的結構也可以是eDNA的來源。

這些eDNA樣本提供了一種非侵入性的方法來監測和調查生物多樣性，對於種群估計、物種分佈研究和生態系統健康評估等方面非常有價值。

所以，科學家們可以從許多不同的來源收集到生物的DNA，藉此瞭解附近有什麼動物。但是，最近發表的研究開發了另一種新的來源：蜘蛛網。

為什麼會想到用蜘蛛網？事實上，之前的研究已證實蜘蛛網能捕捉來自多樣性範圍的無脊椎動物、真菌和細菌的遺傳痕跡。然而，對於蜘蛛網捕捉脊椎動物的生物多樣性的能力尚未進行測試。蜘蛛網易於收集，且無需初始設置，因此可迅速樣本化，使其成為檢測陸生脊椎動物的eDNA的一種非常方便的基質。因此，研究團隊想要確認是否可以從蜘蛛網中檢測到脊椎動物的DNA。

作為概念驗證，研究團隊從西澳大利亞的兩個地點（澳洲木地和珀斯動物園）收集了49個蜘蛛網樣本，並使用eDNA metabarcoding來鑑定脊椎動物物種。

研究團隊從蜘蛛網樣本中萃取環境DNA（eDNA），然後使用特定的引子放大脊椎動物的粒線體DNA。接著，他們對這些DNA片段進行高通量定序，並與已知的序列資料庫進行比對，從而確定捕獲在蜘蛛網上的脊椎動物種類。

由於這些地方當然也有人類活動，所以研究團隊還是從蜘蛛網上得到不少人類的DNA。除此之外，他們在兩個地點分別得到32與61種脊椎動物的DNA。

進一步的分析發現從珀斯動物園戶外收集的蜘蛛網中檢測到的動物DNA，以及這些DNA與其來源位置之間的相關性。具體來說，研究團隊從蜘蛛網中檢測出32種動物園動物的50個獨立DNA樣本。

他們發現蜘蛛網距離DNA來源的遠近與檢測到該DNA的可能性之間存在顯著的關聯。換句話說，離動物的圈舍越近，其DNA在蜘蛛網上被檢測到的概率越高。這一結果顯示了蜘蛛網捕獲的環境DNA具有一定的空間相關性。

從含有特定物種DNA的蜘蛛網到該物種圈舍的最遠距離為195公尺，此數據來自兩種大型動物：亞洲象和長頸鹿。但除此之外，94%的物種檢測來自於與被檢測動物同一命名「區域」的蜘蛛網，例如，在非洲草原區域檢測到白犀牛的DNA，在澳洲灌木地區檢測到無尾熊的DNA等等。

eDNA從來源到被檢測到的平均距離相對較短，平均為22公尺（±5.6公尺），並且53%的檢測是在動物圈舍外5公尺範圍內進行的。從來源位置越近的地方收集的蜘蛛網中，檢測到的總讀數也越高，其中50%的讀數是在動物圈舍外5公尺範圍內發現的。

所以，在環境中使用蜘蛛網作為eDNA樣本來源時，樣本的位置與檢測到特定動物DNA的概率之間存在明顯的空間相關性。也就是說，未來在收集野外蜘蛛網時，也可以由此得知該動物應該有比較高的機會是經常出沒在附近的動物。

我想，應該蠻多人都曾有「一頭撞上蜘蛛網」的經驗；下次遇到這種事的時候，可以告訴你自己，你已經把你的DNA留在那裡了。

參考文獻：

Newton et al., Spider webs capture environmental DNA from terrestrial vertebrates, iScience (2024), https:// doi.org/10.1016/j.isci.2024.108904