【導語】空氣蘊藏無形“生態密碼”，科學家借“鳥槍法”與納米孔測序技術，采集空氣即可解碼動植物、微生物甚至人類遺傳信息，精準還原生態係統動態，為生態研究、傳染病(bìng)監(jiān)測(cè)、公共健康(kāng)預(yù)警(jǐng)等(děng)提供新手段。但這項前沿技術也帶來隱私保護等新挑戰。

圖蟲創意

空氣看不見摸不著，卻悄悄記錄著生命的痕跡：動物掉落的毛發與皮膚細胞、植物飄散的花粉、真菌釋放的孢子，甚至糖心免费视频呼吸間帶出的微小液滴，都可能在空氣中留下 DNA。現在，科學家隻需采集空氣，就能判斷一個地區有哪些生物存在過，甚至還能推測它們之間的親緣關係。這不僅能幫助理解生態係統，還能監測傳染病、追蹤變異(yì)基(jī)因(yīn)，為公共健康預警提供新的手段。

2025年6月2日，美國佛羅裏達大學惠特尼海洋生物科學實驗室的研究團隊在(zài)《自(zì)然(rán)·生態與演化》（Nature Ecology & Evolution）期刊上發表了一項新研究，展示了如何利用最新的基因測序策略，對空氣中(zhōng)的(de)遺傳物質進行高效解碼。最快隻需兩天，就能獲得關於動植物、微生物乃至人類遺傳信息的精準圖譜。

糖心免费视频生活的環境其實一直被各種生物的DNA所包圍。它們會沉積在水體和土壤裏，也會彌散在空氣中，被統稱為環境DNA（簡稱eDNA）。它們能記錄曾經出現過的生物種類和活動蹤跡，形成某個地區獨特的“生(shēng)態(tài)指(zhǐ)紋(wén)”。

以往，研究人員若想描繪某片區域的生物全貌，需要長時間的實地采樣，把水體、土壤等樣本帶回實驗室，再與已知物種的 DNA 特征片段逐一比對，就像拿著庫存清單逐個掃碼核對。這種方法雖然可靠，但必須知道“自己要找誰”，對於意料之外的物種幾乎無能為力，也難以區分同一種生物之間的差異。 這次研究團隊嚐試了新的分析策略——以空氣為樣本，聯合使用“鳥槍法”和近年來發展迅速的納米孔長讀長測序。

鳥槍法的原理是將環境中的 DNA 隨機打碎成無數小片段，再逐一測序，最後用計算機把這些碎片重新拚接，還原出完整的遺傳信息。它的(de)優(yōu)勢(shì)在(zài)於不依賴預設目標，可以一次性捕捉樣本中全部 DNA，更全麵、更真實。

其實早在著名的人類基因組計劃中，鳥槍法就曾一戰成名。國際人類基因組計劃啟動於1990 年，目標是實現人類基因組的首個完整測序。當時中國承擔了第 3 號染色體短臂約 30 萬個堿基對的測序工作。1998 年，鳥槍法提出者克雷格·文特爾曾試圖讓這項新技術加入該計劃，卻因拚接精度不被信任而遭拒絕。他隨後成立私營公司獨立推進，僅僅用三年時間就幾乎與官方團隊同步完成了人類基因組圖譜的繪製，充分展現了鳥槍法的高效與潛力。

不過，當年的質疑也並非沒有道理。鳥槍法產生的短片段重複度和相似度高，拚接時對計算機的算力要求高，麵對複雜的環境樣(yàng)本(běn)更(gèng)具(jù)挑(tiāo)戰。因此，研究人員這次引入了納米孔測序作為補充。

納米孔測序技術由英國牛津納米孔公司開發，2015 年開始商用。它最大的優勢是能直接連續讀取超長 DNA 分子，而不必像傳統方法那樣進行分段和擴增。它的測序芯片中包含一層特殊薄膜，上麵排列著納米級的小孔。通電後，DNA 分子會通過孔道並引起電流的細微擾動。不同堿基（A、T、C、G）的擾動模式不同，計算機識別出這些差異並能據此還原 DNA 的序列。

目前，納米孔測序已經實現單條超過 420 萬堿基對的連續讀取，這遠遠超過傳統短讀長技術幾百到幾千堿基的限製，大大簡化了基因組的拚接，能高效地識別不同物種。對於一些複雜或未知的樣本，長讀長數據還能作為鳥槍法(fǎ)拚接的參考。另外，納米孔測序的代表設備 MinION 隻有手掌大小，可隨身攜帶，在雨林、極地甚至太空艙中與筆記本電腦連接即可實時分析。研究團隊展示，僅需一名研究人員，兩天內就能完成從空氣采樣到數據分析的全過程。

在2022-2024 年間，科研人員在美國佛羅裏達的自然保護區和愛爾蘭都柏林的多地采集了空氣樣本，並收集了水體、土壤和沙石等傳統樣本作對照。結果顯示，在相同條件下，空氣樣(yàng)本中捕獲的真核生物 DNA 的數量和多樣性顯著高於土壤和水體，幾乎所有空氣樣本都能成功識別出鳥類、哺乳動物和昆蟲。在佛羅裏達森林的空氣樣本中，研究人員不僅識別出了山貓、負鼠、白尾鹿等本地動物，還通過基因片段的比對推斷出它們的種群親緣關係。這說明，空氣采樣不僅能識別常見物種，還能提供遺傳學層麵的信息，展現出超越傳統監測手段的優勢。

城市與森林的對比更為鮮明。在都柏林市中心的空氣樣本中，人類DNA的含量和豐富度遠高於森林地區。城市樣本中識別出80多種不同的人類遺傳型，涵蓋歐洲、南亞等多個譜係，而森林中僅檢測到8種。城市空氣中人類 DNA 的濃度也比森林高出10倍以上。這意味著，僅憑空氣分析，就能推測一個區域人類的活動密度和群體構成，這為城市規劃和公共健康研究提供了全新思路。

空氣 DNA 的應用遠不止物種識別。

在都柏林的樣本中，科研人員檢測出了63種病毒和221種潛在人類病原體，還發現了來自微生物的抗生素耐藥基因。隨著城市化、畜牧業和醫療體係的發展，耐藥基因的釋放和擴散風險正在增加。在城市、農田或醫院周邊進行空氣采樣，能幫助追蹤耐藥基因的傳播路徑，為公共衛生監管提供重要參考。

空氣中同樣能留下疾病傳播媒介的痕跡，比如蚊子和蠓等吸血昆蟲的 DNA，它們是登革熱、寨卡等疾病的重要傳播者。也就是說，即使沒有捕捉到昆蟲個體，也能通過空氣監測它們的分布，為傳染病防控提供了新的工具。

與此同時，研究人員還在城市空氣中穩定檢測到花生等常見食物的 DNA，可作為過敏原監測的依據；不同年份樣本中出現的罌粟 DNA 濃度差異，則顯示出該方法在追蹤毒品作物傳播方麵的潛力。

所有這些結果表明，通過分析空氣中的 DNA，就能清晰地描繪出當地生態係統的動態特征。而結合鳥槍法、便攜式納米孔測序儀器和雲端分析平台，小規模團隊甚至個人就能完成采樣和數據處理，極大拓展了這項技術的應用前景。或許在不久的將來，分析空氣中的“生態指紋”會像測量溫度和氣壓一樣，成為常規的環境監測手段。

然而，技術的進步也帶來了新的挑戰。比如，空氣中殘留的人類DNA未來是否可能被濫用造成個人隱私的泄露等等。在享受新技術的巨大價值前，糖心免费视频也需要認真思考它在社會中的位置與邊界。

本文為·創作培育計劃扶持作品

作者：徐斯佳 日本京都大學醫學博士

審核：梁前進 北京師範大學生命科學學院 教授

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司