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MIT Tech Review • 32일 전

거미줄로 생태계를 읽다: 환경 DNA 모니터링의 새 시대

IMP
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핵심 요약

과학자들이 거미줄에 붙잡힌 환경 DNA(eDNA)를 분석해 생물 다양성을 저렴하고 효율적으로 모니터링하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 호주 커틴대 연구진은 거미줄이 식물·동물·곤충 등 척추동물 DNA를 감지하는 데 가장 탁월한 도구임을 확인했으며, 뉴질랜드 연구진은 거미줄을 파괴하지 않도록 인공 거미줄로 유사한 DNA 포획 효과를 검증 중입니다.

번역된 본문

주변 세계의 생물을 세는 일은 수많은 보전 활동에 필수적이다. 이는 과학자들이 생물 다양성을 측정하고, 이동 경로를 추적하며, 침입 종을 발견하는 데 도움을 준다. 하지만 이러한 생물 조사는 종종 인간이 보거나 포획하거나 기타 방식으로 감지한 것을 집계해야 하며, 이는 노동 집약적이고 비용이 많이 들 수 있으면서도 여전히 공백을 남길 수 있는 과정이다. 그러나 지난 10년간의 발전은 생태 감시(eco-surveillance)를 혁신적으로 바꾸어 놓았다. 생물학자들은 시퀀싱 기술을 활용해 환경 DNA, 즉 eDNA—생물이 흘려놓는 유전 물질—를 분석하고 있다. 배설물, 토양, 물, 공기에서 채취한 샘플은 과학자들이 멸종 위기 종을 모니터링하고, 침입 종을 사람들이 눈으로 확인하기도 전에 탐지하는 데 사용할 수 있는 새로운 길을 열어주었다.

최근에는 eDNA의 금광을 발견했는데, 바로 거미줄이다. 자연적으로 끈적끈적한 이 물질은 거미 자신의 물질, 먹이 찌꺼기, 그리고 결정적으로 주변 식물과 동물의 침이나 꽃가루 같은 생물학적 잔해를 붙잡는다. 모든 생물은 공기를 포함해 사방에 대량의 DNA를 흘리는 것으로 보이며, 거미줄은 이를 쉽게 포획한다. "지금까지 사용하고 시험해 본 기질 중 아마도 최고 중 하나"라고 호주 퍼스에 있는 커틴 대학의 분자 생태학자 조슈아 뉴턴(Joshua Newton)은 말한다. 그는 척추동물 개체군을 연구하기 위해 꽃, 하천, 죽은 나무의 구멍, 심지어 주행 중인 자동차의 필터에서 샘플을 채취해 왔다.

뉴턴은 최근 퍼스 외곽의 동물원과 야생 보호구역 인근에서 거미줄의 생물 다양성을 다른 출천—식물체 면봉 채취, 물, 토양, 필터를 장착한 선풍기—와 비교했다. 각각 뚜렷한 강점이 있었다. 식물체 면봉 채취는 더 많은 숲 포유류를, 물 샘플은 더 많은 어류를 확인해 주었다. 하지만 어떤 수동적 도구도 거미줄의 척추동물 식별 능력을 따라오지 못했으며, 이는 프랑스에서 진행된 유사한 연구 결과와도 일치한다.

여기서 문제가 되는 부분이 있다. 의미 있는 데이터를 수집하려면 약 40개의 거미줄을 파괴해야 했다. "생물의 집을 수집하는 것은 우리가 하려는 모든 것에 어긋나는 일"이라고 뉴턴은 말한다. 다행히 그의 연구는 뉴질랜드 와이카토 대학의 유전체학자 안젤라 맥고런(Angela McGaughran)의 관심을 끌었다. 그녀는 할로윈 상점에서 인공 거미줄 한 봉지를 사서 옷걸이 몇 개에 감아 실외에 걸어두었다. 이 합성 소재는 주변 소와 양, 그리고 근처 조류 사육장의 이색적인 새들로부터 eDNA를 포획했다. 또한 진균 포자를 실제 거미줄보다 더 잘 감지했는데, 이는 농업 위협을 감시하는 식물 병리학자들에게는 반가운 소식이다. 그녀의 연구팀은 현재 인공 거미줄이 거미줄의 DNA 포획 초능력을 어디서든 저렴하고 극도로 효율적으로 재현할 수 있는지 확인하기 위한 더 큰 규모의 실험을 진행하고 있다.

스티븐 오니스(Stephen Ornes)는 내슈빌 기반 과학 저술가다.

[심층 탐구: 생명공학과 건강]

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Counting the creatures in the world around us is critical for a raft of conservation efforts. It helps scientists gauge biodiversity, track migration, and spot invasive species. That census-taking, though, often requires humans to tabulate what they see, trap, or otherwise sense—a potentially laborious, costly process that can still leave gaps. But developments over the last decade have revolutionized eco-surveillance. Biologists have tapped into sequencing technology to analyze environmental DNA, or eDNA—genetic material shed by living things. Samples collected from scat, soil, water, and air have opened up a new avenue scientists can use to monitor endangered species and detect invasive ones before anyone can even lay eyes on them. More recently, they’ve uncovered an eDNA gold mine: spiderwebs. The naturally sticky stuff traps material from its arachnid creators, crumbs from their suppers, and, crucially, bio-detritus like saliva and pollen from nearby plants and animals. Every living thing, it seems, sheds copious DNA all over the place, including into the air, and webs then easily ensnare it. “It’s probably one of the best substrates we’ve used and tried to date,” says Joshua Newton, a molecular ecologist at Curtin University in Perth, Australia, who’s sampled flowers, streams, hollows of dead trees, and even filters on moving cars to study vertebrate populations. Newton recently compared the biological diversity in spider­webs with that found in other sources—including vegetation swabs, water, soil, and a fan outfitted with a filter—near a zoo and wildlife sanctuary outside Perth. Each had its obvious strengths: The vegetation swabs revealed more forest mammals, and the water samples identified more fish. But no passive tool matched spiderwebs’ ability to ID vertebrates, echoing results from a similar study conducted in France. Here’s where things get sticky: To gather meaningful data, they had to destroy about 40 webs. “It kind of goes against everything that we’re trying to do if we’re collecting the home of an organism,” Newton says. Fortunately, his research caught the attention of Angela McGaughran, a genomicist at New Zealand’s University of Waikato. She bought a bag of faux webs from her local Halloween store, wrapped a few coat hangers, and hung them outside. The synthetic material snagged eDNA from nearby cows and sheep, as well as from exotic birds at a nearby aviary. It also detected fungal spores better than real webs—a boon for plant pathologists watching for agricultural threats. Her group is now developing larger experiments to see whether artificial webs can unlock a cheap and ruthlessly efficient way to mimic spiderwebs’ DNA-snagging superpowers anywhere and everywhere. Stephen Ornes is a science writer based in Nashville. Deep Dive Biotechnology and health Sperm donors need limits, says a European fertility group Some donor-conceived people are finding hundreds of siblings. An international cap on donations could help prevent that. By Jessica Hamzelou archive page Montana’s plan to become an experimental medical hub just pushed forward The state’s effort to expand the “right to try” is making headway, and the first drugs are about to be reviewed. By Jessica Hamzelou archive page There’s a lot of hype around perimenopause. Don’t buy it. Discussions of the life stage are often clouded by misinformation. By Jessica Hamzelou archive page Supercooled kidneys have been transplanted into pigs in a “landmark achievement” Kidneys kept at subzero temperatures in pressure-controlled containers can be stored for days before transplantation, raising hopes for longer-term storage of donated human organs. By Jessica Hamzelou archive page Stay connected Illustration by Rose Wong Get the latest updates from MIT Technology Review Discover special offers, top stories, upcoming events, and more. Enter your email Privacy Policy Thank you for submitting your email! Explore more newsletters It looks like something went wrong. We’re having trouble saving your preferences. Try refreshing this page and updating them one more time. If you continue to get this message, reach out to us at customer-service@technologyreview.com with a list of newsletters you’d like to receive.