DNA“条形码”瞄准生物大发现

几个世纪以来，生物学家一直在以缓慢的速度费力地识别新物种，描述样本的生理特征，并经常在命名和公布物种之前试图将它们整合到生命之树中。现在，他们已经开始尝试能否在几个小时内将一个标本鉴定为新物种，并将很快以非常低的成本实现这一目标。这是一场由短链脱氧核糖核酸推动的革命——这种脱氧核糖核酸被称为“条形码”，意在向人们熟悉的产品标识符致敬。结合快速和廉价的DNA测序仪，这些“条形码”有足够的差异来提供识别物种的标记。

"生物多样性科学正进入一个黄金时代."加拿大圭尔夫大学的Paul Hebert说。由他领导的一个团队将发起一项耗资1.8亿美元的全球运动，以识别200多万种新的多细胞生物。其他研究小组也采用了这种方法，在实验室甚至直接在野外对新物种的样本进行梳理。目前，世界上的物种消失的速度快于它们被发现的速度，所以生物学家欢迎这项技术。

“多年来，我一直梦想着改变这些规则，把一个便携式基因组实验室带到样本所在的地方。”意大利维罗纳大学的遗传学家Massimo Delledonne说。他最近利用条形码技术在婆罗洲岛的森林中发现了一种新的蜗牛。"现场条形码技术现已为黄金时间做好准备."

生物多样性专家估计，地球上有870万到2000万种植物、动物和真菌，但迄今为止只有180万种得到官方描述。昆虫是一个未被发现的物种区域。新加坡国立大学的生物学家鲁道夫·迈耶一直在开发带有小型DNA测序仪的条形码技术，他说:“总的来说，它们在陆地栖息地的生物量可能超过所有野生脊椎动物的总和。”

2003年，赫伯特提出了DNA条形码的概念，它可以通过测量样本中不到1000个线粒体DNA碱基来区分生物物种。过了一段时间，这个想法变得流行起来，但此时赫伯特和其他热心人已经开始从已知物种中汇编条形码。例如，在2010年，他领导了一个名为“国际生活条形码”的团队。该项目耗资8000万美元，以Guelph为中心，旨在建立一个已知物种及其识别序列的参考文库。它现在有超过730万个条形码(每个物种不止一个)，并且已经被证明是一种资源，不仅可以用来识别已知的生物体，还可以记录它们与其他物种的相互作用，包括根据特定样本中不同的条形码来判断谁吃了谁。

现在，在30个国际合作伙伴的资金和实物服务的支持下，iBOL即将开始为期七年的后续工作。这个名为“基本输入输出系统”的项目将从全球2500个地点收集样本，并研究物种间的相互作用，旨在将其参考文库扩大至1500万条条形码记录，其中90%来自未描述的物种。

赫伯特说，这些数据将为监测污染、土地使用变化和全球变暖对生物多样性的影响奠定基础。最后，“当我们追踪天气时，我们将能够追踪地球上的生命。”

此外，赫伯特说，与iBOL之前专注于提取已知物种的条形码不同，“这次的主要目标之一将是发现新物种。”如果软件无法将样本的条形码序列与现有物种进行匹配，它会立即标记样本，以便进行更近的遗传和视觉检查，并可能将其识别为新物种。

在过去，科学家可能花费数年甚至数十年的时间来确认一些生物是新物种。例如，一些种类的苍蝇只在男性生殖器的形状上有显著的不同。

赫伯特预测，定制的生物信息和测序仪可以一次读取足够多的碱基来获得完整的条形码，这将使成本保持在较低的水平——包括收集、保存、DNA提取、测序和后续分析，每个样本大约1美元。他预测测序部分的总成本最终将降至每份样品0.02美元左右。