如果说尼斯湖里有只怪兽，这位遗传学家一定会找到它

鸭嘴兽是一种有毒哺乳动物，会产卵，能感知电，有10条性染色体。喙头蜥是一种爬行动物，其进化血统比大多数恐龙（以及所有蜥蜴）都要早。蓝头鱼是一种可以改变性别的鱼。根据最流行的理论，尼斯湖怪兽是侏罗纪时代的蛇颈龙，一种“活化石”物种，它的后代以某种方式存活到了今天，这一理论解释了19世纪以来一千多次的目击事件。

这些动物学奇特之处有什么共同之处？它们都是新西兰奥塔戈大学Neil Gemmell教授的研究对象。

Gemmell最早在20世纪90年代接受过遗传学家培训，他的兴趣始终偏向动物界那些陌生的角落。因此，最近环境DNA（eDNA）采集技术的发展引起了他的兴趣：所有生物都会在栖息地自然地留下微小的DNA碎片——皮肤细胞、毛发、鳞片、血液、粪便等。通过分析土壤、水甚至空气样本，基因组测序可以揭示在那里发现的所有物种的准确、详细的图像。

隐秘的或未被发现的动物，一定会留下它存在的分子痕迹，就像任何其他生物一样。有什么更好的方法可以一劳永逸地证明在尼斯湖里潜伏着什么？

测序，然后得到结果
2016年，古生物学家Darren Naish刚刚出版了一本关于隐秘动物的书，Gemmell在社交媒体上询问他，是否有人考虑使用eDNA测序在尼斯湖中寻找隐秘生物。

讨论进行得并不深入，Gemmell很快就忘了，直到大约六个月后，一篇推测此类项目可行性的文章发表，Gemmell的电话和收件箱很快被问询信息塞满。“人们对这个想法非常关注，”他说，“甚至超过了我所做过的任何‘高深’的科学研究。我只会张开嘴说，‘喂，我们也许能做到’——实际上我什么都没做!”

他决定投身入公众的关注焦点中。他的一些同事以为他可能要疯了，但他说：“有机会可以解释一下你是如何做实验的。如何检测想法。我想我们可以带人们踏上发现之旅......我的孩子们也为此激动不已。”

eDNA鉴定的工作原理
当您在水、土壤或空气样本中找到随机DNA片段时，如何辨别它的来源（尤其是当该生物以前从未进行过测序时）？方法是通过将DNA与我们研究的其他物种的DNA进行比较。

几十年来，科学家们一直在对各种形状和大小的生物进行测序，并将他们的基因组片段以及越来越多的全基因组片段添加到庞大的参考库中。来自未知动物的DNA会表现出与已知动物的不同相似性，具体取决于它们的亲缘关系。

例如：蛇颈龙是海洋爬行动物，与陆地恐龙的分支不同。蛇颈龙的DNA与现代爬行动物有很多共同之处，但与其他有着共同祖先（乌龟、鳄鱼和恐龙）的生物相比，它会在不同的地方分化。同样，一种以前未知的生物（比如巨型鱼类或河海豚）也会携带一些来自生命树分支的重要基因。

完成基因组完全描述的物种越多，发现新物种或在意外栖息地发现新物种的eDNA鉴定就越可靠。基因组测序的成本越低，生物学家就能越早实现这一目标。

神出鬼没的“鳗鱼”
在2018年，这个想法变成了现实，并且Gemmell教授发现自己正飞向苏格兰高地去追踪一只怪兽。在宜人的盛夏天气里，他和他的团队乘坐专为此次任务而定制的Deepscan号导游船，将圆柱形采样容器放入深湖中。

他们沿湖边航行了35公里，采集了250多份样本，每份样本包括1升水样，一式三份，其中一些样本来自湖底220米的最深处。他们甚至还向上游去到一些相连的湖边，如Cluanie、Oich、Tarff和Dun Seilcheig，以求得更好的采集测量。

样本采集完成后，他们把样本带到赫尔大学进行DNA提取，然后到法国的格勒诺布尔-阿尔卑斯大学，与高级研究员Pierre Taberlet博士一起准备测序。Gemmell、他在奥塔戈大学的同事Gert-Jan Jeunen以及Taberlet随后亲自带他们来到日内瓦的Fasteris，利用因美纳技术进行元条码分析，这是一种基因组测序技术，可以从单个样本中区分和识别许多不同的物种。Gemmell表示：“因美纳是这个项目中不可或缺的一部分，他们免费提供了大量测序试剂和技术，其他合作伙伴，比如Fasteris，也做了同样的工作。”

关键时刻到了！这项具有里程碑意义的首次调查最终是否揭示了一个随时间而消失的海中怪兽？

总之...并没有。

事实上，这项调查并未发现任何种类的爬行动物DNA。但它准确识别出了其他几十个物种：青蛙、蟾蜍、鸭子，已知生活在湖水中的所有13种鱼，还有大量的牛、狗和人类DNA。Gemmell解释说，这个湖坐落于大山谷中，四周是陡峭的丘陵和山脉，就像一个天然的漏斗，收集来自周围土地的生物记录：“我们发现了这个地区已知存在的物种的证据，包括一些相当罕见或濒危的物种。”

那么，为什么会出现这么多“怪兽”呢？他唯一能驳斥的假设是：这个“怪兽”是一条巨型鳗鱼。人们早已知道湖水里有大量的鳗鱼，也确实在每一个取样位置都发现了它们的DNA，它们细长、起伏不平的身躯，从远处看，可能像驼背爬行动物。可那儿有巨型鳗鱼吗？Gemmell认为可能不是...但这至少仍是一种可能。

回到原点
这个项目结束了吗？当然没有。

尼斯湖怪兽计划的忠实拥趸者们对结果仍心存疑虑，部分原因是该项目的范围有限，因为就体积而言，尼斯湖是英国群岛中最大的水域。Gemmell承认：“如果一个湖的水量估计有10 M立方升，那么从中采集数百立方升的水并不算多。”他也收到一些其他反对意见：“‘您的出行时间不对，’他们说道。“您没找对地方。”“‘怪兽’那时候在休假。”

第一项调查确实缺乏一个重要维度：它捕获了湖水生物多样性的一个时间点的快照，但通过定期采集更多样本，得到的信息可以成倍增加。

水流通过尼斯湖向北流动，在一排船闸处汇入尼斯河（并最终汇入北海）。Gemmell目前正在开发一种被动eDNA采集系统，该系统可以安装在这些船闸上，甚至安装在流经湖泊的船只上，在一年或更长时间内持续采集和过滤样本，然后进行测序。

他将第一次调查作为了解湖泊环境整体如何变化的基线。“随着时间的推移，当我们返回并进行连续采样时，这套系统的功效才真正被释放。”他说。“然后我们可以看看情况是否正在发生变化。是否存在持续的威胁？”他提到了一种入侵物种，粉红鲑鱼，原产于太平洋，但从俄罗斯北部的农场传播到了北海，现在在英国的河流中也能找到。了解粉红鲑鱼的产卵地和生长地点将有助于限制它们对野生大西洋鲑鱼等原生物种的取代。

Gemmell目前正在为“尼斯湖怪兽2.0”计划申请赞助，他计划使用“鸟枪法测序”代替靶向测序，“鸟枪法测序”可以显示物种数量随时间的比例变化——数据可以跟踪新病原体在该地区的传播，并用于对生态系统的未来健康做出明智的预测。

他坚持认为自己不是在寻找怪兽，但更新的采集系统可以实现两个目标：进一步阐明未知领域，同时证明可以大规模开展类似研究，从而帮助自然环境保护主义人士了解世界各地生态系统的生物多样性。

最终，让他重返湖泊的是它在许多人的想象中蕴藏着永恒的神秘感——他想通过讲述一个可能影响数百甚至数千人的精彩科学故事，激发孩子们身上同样的探索热情。

他说：“作为人类，了解自然世界的愿望是我们的共同点。我认为，我们可能忘记了一点，那就是我们都是探索者和发现者。我们每个人每天都会有新的发现。在科学界，我有幸每天都在实验室中踏上探索之旅。上次的‘尼斯湖怪兽1.0’计划能够捕捉到这种热情并将其传达给全世界，这真是太有趣了。”◆