爪印 DNA 让科学家能够追踪看不见的北极熊

一只北极熊在加拿大马尼托巴省丘吉尔市郊外的雪地里行走。它每走一步，都会留下一些 DNA 痕迹。研究表明，研究人员以后可以利用这些 DNA 来识别个体以及它如何利用环境的细节。

北极熊在雪地上留下的爪印如今成为它们身份、性别和北极跋涉的线索。即使没有看到动物，研究人员也可以根据它每走一步脱落的DNA判断哪个个体留下了爪印。

这些遗传痕迹被称为环境 DNA，简称 eDNA。Ryan Kelly 指出，动物脱落的皮肤细胞、粪便和尿液都可能携带 eDNA。他是西雅图华盛顿大学 eDNA 合作项目的负责人。他说，研究“eDNA 相对较新，可以让我们以全新的方式看待世界。”

动物会在土壤和空气中留下 DNA 痕迹。水生物种也会在水中留下类似的“指纹” 。生物学家研究这些环境 DNA 的方式，就如同犯罪现场侦探利用人类 DNA 来识别潜在嫌疑人一样。

阿拉斯加州安克雷奇的伊丽莎白·克鲁格说，在 eDNA 出现之前，研究北极熊非常危险且耗时。她是世界野生动物基金会的北极野生动物管理员，也是一项新研究的作者。

她指出，过去，生物学家会“乘坐直升机在一小片北极熊种群中巡查”。然后他们会俯冲下来，用飞镖射杀他们想要研究的动物。飞镖会射出镇静剂，让熊昏昏欲睡。 

一旦熊被击倒，科学家们就可以降落测量它的体重和身长。他们还会采集血液和组织样本。有时他们甚至会给北极熊戴上追踪项圈。克鲁格说，这种亲自动手的分析“非常有用，但也非常具有侵略性”。而且，“非常昂贵”。

这也不算快。科学家可能要飞上几个小时才能找到一只熊。他们发现动物的主要方式——即使是从直升机上——是在雪地里寻找爪印。

但现在，她的团队发现，人们无需与北极熊接触。一旦发现熊的踪迹，人们只需铲起一点雪就可以了。这提供了 DNA 样本。“你甚至不必看到北极熊，”克鲁格说。更重要的是，她补充道，“北极熊不必看到你。这是完全非侵入性的。”这意味着熊和生物学家的压力更小了。

2023 年 12 月 4 日，克鲁格团队分享了对爪印 eDNA 的新分析。它发表在《保护科学前沿》上。

DNA类型很重要

血液和组织样本不仅可以识别单个北极熊，还可以识别它们的性别。eDNA 也可以。这些基因残留物也更容易收集，也更安全。这意味着生活在北极的非科学家也可以帮助收集样本。这可能导致从更多熊身上获取信息。

Shannon Barber-Meyer 是一位野生动物生物学家，过去的工作主要集中在狼身上。对她来说，识别个体“是最令人兴奋的部分”。她研究了雪地中狼的足迹中的环境 DNA。过去对生活在雪地中的哺乳动物（如狼和猞猁）的基因研究倾向于寻找和使用细胞线粒体中的 DNA 。线粒体是细胞的能量中心。这种线粒体 DNA 可以区分不同的物种，但无法识别个体。这是因为所有拥有共同女性祖先的亲属都拥有相同的线粒体 DNA。

这项新的北极熊研究分析了不同的东西：来自细胞核的 DNA 。这种细胞核 DNA 是个体特定基因的蓝图。因此，这种类型的 eDNA 就像指纹一样。它是独一无二的，可以识别个体及其与其他个体的不同之处。

在这项新研究中，研究人员分析了 21 只野生北极熊的雪地足迹、26 只野生欧亚猞猁的足迹和一只雪豹的足迹中的环境 DNA。通过熊的足迹，他们可以辨别出特定的熊及其性别。

有时可以从粪便中提取此类遗传物质。但 DNA 并不总是能很好地保存在粪便中。例如，在蒙古的一项研究中，超过一半的雪豹粪便“被误认为是赤狐”，研究人员指出。由于雪的作用就像冰箱一样，它现在似乎可以让核 DNA 保持更长时间的新鲜。

当然，最好的基因分析往往来自动物的组织样本。然而，研究人员指出，“毛发和足迹数量众多，而且相对容易找到，因此它们很有用”，可以作为获取低成本数据的方法。对于稀有、危险或难以找到的动物来说尤其如此。

北极熊依靠海冰进行伪装、捕猎和旅行。气候变化导致海冰融化速度快于其形成速度。这对依赖海冰生存的北极熊来说是个坏消息。

北极地区有 19 个北极熊亚种群。但克鲁格表示，人们对它们的生活方式知之甚少。她希望利用环境 DNA 更多地了解它们的栖息地以及人们可以采取哪些措施来保护它们。