水を汲むだけ「環境DNA」によるサカナの国勢調査+サンゴ礁の魚たち

水を汲むだけ「環境DNA」によるサカナの国勢調査+サンゴ礁の魚たち
~ 環境DNAは持続可能な答えを探すための強力な道具かも? ~

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落とし物DNAで鑑識
(落とし物DNAで鑑識)
環境DNAでサカナの国勢調査
「環境DNA」を使えば、川や湖の水をバケツ1杯の水を汲むだけでそこに棲むサカナの種類がもれなく、その数もわかる、言わば『サカナの国勢調査』が出来るそうです。




石垣島クリーニングポイントに集まるマンタ
(石垣島クリーニングポイントに集まるマンタ、悠々と泳いでいます)
サカナの多民族国家、珊瑚礁ダイブのフォトです
サカナさんのサイエンス小ネタにつきダイビングのフォトを添えています、再掲ですが・・・。これらの過去記事は文末にリンクを貼っています。

ニモことカクレクマノミREVdownsize
(『ニモ』ことカクレクマノミです)
「環境DNAって何?」→「落とし物DNAです」
環境DNA(Environmental DNA、eDNA)とは、従来の動植物そのものから得られるDNAとは異なり、土壌、海水、大気などの環境から得られるDNAで、糞、抜けた毛、はがれた粘液や皮膚、放出された精子や卵子などに含まれるDNAです。ザックリ言えば「落とし物DNA」です。環境DNAは生き物が移動するとき環境に残してゆく“落とし物”、時間とともにゆっくり分解されてゆきます。

環境DNAで住人を割り出す「鑑識」、メタジェノミクス
環境から採取したサンプルを最新の次世代シーケンサーで「環境全体のDNA」=「その環境に棲む様々な生き物のDNA」をもれなくまとめて分析します。この研究技術はメタジェノミクス(metagenomics)と言います。環境の生物多様性を簡単に素早くもれなくモニタリングできる新しい研究技術です。

人懐っこいカスミチョウチョの大群downsize
(人懐っこいカスミチョウチョの大群がついてきます:サイパンの海)
バケツ1杯の水でサカナの国勢調査
環境DNA技術(メタジェノミクス技術)を使えば、海や湖沼の水をバケツ1杯(4Lほど)汲むだけでその水系に棲むサカナの種類と数をもれなく把握することができるそうです。
長期的な生態系の観測、生物多様性の監視、絶滅危惧種や外来種の実態の把握が可能になるだけでなく、新種の発見にもつながるかも知れません。


サカナの国勢調査は大変だったんです
これまで海や川や湖沼などの生態系に棲息するサカナの種類や数を知るには、潜って観察する、網など漁具で捕まえるなど時間も労力もかかる上に、魚種を判定する専門知識も必要でした。サカナは国内だけでも4千種以上、全世界では3万種以上いるとされます。

サンゴ礁から湧いてくるデバスズメダイREVdownsize
(サンゴ礁から湧いてくるデバスズメダイ)
生物学じゃ難しい「網羅性」も担保する環境DNA
環境DNAをまとめて分析して生物の種類を判定する技術「メタバーコーディング」なら“商品のバーコードを読むように“DNA情報(塩基配列)から簡単に魚の種類が分かります。網羅的に、つまり「もれなく」明らかにするのは生物学では結構難しいんですよ、だからこれは画期的だと思います。

おちょぼ口がかわいいサンゴアイゴREVdownsize
(おちょぼ口がかわいいサンゴアイゴ)
サカナ共通と魚種固有の「バーコード」で見極める
水の中にはサカナ以外にもエビや貝など様々な生き物が棲んでいます(沖縄美ら海水族館の巨大水槽でも同じ)。そこで、魚類共通のバーコードになるDNAの部分(プライマー配列)を2つとそれらに挟まれたそれぞれのサカナに固有のバーコードにとして使えるDNAの部分の組合せを選び出します。スーパーなら<野菜><熊本県産オクラ><野菜>のバーコードのようなもんです。


“プライマー”で釣ったら“PCR”でひたすらコピペ
採取した水の中のごく微量の環境DNAを有名なPCR法と言う技術で検出可能な量までひたすらコピペして増やします。そのときサカナ共通のバーコード(プライマー)でサカナのDNAだけをコピペして増やし、次世代シーケンサーで各サカナ固有のバーコードにあたるDNAをまとめて分析すれば、「どんな種類のサカナがどのくらい棲んでいる」のかを迅速、簡単に割り出せるそうです。

毎回出会えたロクセンスズメダイREVdownsize
(毎回出会えたロクセンスズメダイ)
鴨川に潜む外来種はタイホだ、タイホ!
神戸大学の源利文氏らは鴨川水系、桂川水系の特別天然記念物のオオサンショウウオとここに侵入し交雑する近縁外来種チュウゴクオオサンショウウオの環境DNAを分析してその分布を確認しましたが、国内初の環境DNAによる本格的な(広域で継続した)野外調査だそうです。

クマノミのペア石垣島樹下美人にてREVdownsize
(クマノミのペア;石垣島ダイブポイント樹下美人)
環境DNAバーコードで美ら海水族館の魚種当て
龍谷大学近藤倫生氏、神戸大学源利文氏、京都大学益田玲爾氏、北海道大学笠井亮秀氏、千葉県立中央博物館宮正樹氏らの研究グループは世界に先駆けて「魚類メタバーコーディング」技術を開発し、沖縄美ら海水族館の水槽水の環境DNAから9割以上の確率で“魚種を当てる”ことに成功したそうです。


6月珊瑚礁はベビーがいっぱいREVdownsize
(6月の珊瑚礁はベビーがいっぱい)
「飼えない微生物でも知りたい!」が事始め
環境DNAを分析するメタジェノミクスは、1990年代後半に環境中の何千何万種もの微生物をまとめてもれなく分析する試みから始まりました。それまでは採取したサンプルを培養して微生物を1つ1つ確認する方法でした。

これまで99%の微生物が分析の網をスルーしてた
メタジェノミクスで環境DNAを分析した結果(以前から推察されてはいましたが)、環境中の細菌の99%は培養できない=従来の方法では見つからない、ことが分かりました。

スカシテンジクダイの一斉急降下downsize
(スカシテンジクダイの一斉急降下)
「速い、多い、安い」が“次世代シーケンサー”のキャッチです
これを可能にしたのが大量、多種のDNAサンプルを一括まとめて、迅速に、安価に分析できる次世代シーケンサーです。環境DNA技術が出来るまでは微生物の99%は見つからずに隠れていたことになります、まさに画期的な研究技術です。

目立たなくてもここにいるんです
目立たない、でもそこに確かに居る、お隣さんに気づいて知ることで私たちを取り巻く世界がどこに向かって変わってゆくのか、を理解しようと言う試みの一つが環境DNA研究です。

サンゴ礁のサカナたちの過去記事リスト
今回再掲載のサンゴ礁のサカナたちのフォトの過去記事リストです。クリックで飛びます↓
精巧なミクロのカメラ眼を持つ単細胞プランクトン 光溢れるサイパン石垣の海
メダカの学校の視力検査+もう一度会いたいサカナたち
集まったり別れたりふしぎな砂の物語 + サイパンビーチ寸景
珊瑚礁の宝石、色鮮やか魚たち 石垣島ダイビング番外編
6月の海は恋の季節石垣島ダイビング記
ブルーはサンゴの恋の色+試験管で眼が出来た


以下、リンク貼っています
出典: 「サイエンスZERO」No.550「水の生態調査の大革命!環境DNA」(2016年7月17日放送)
出典: 神戸大学プレスリリース「人間発達環境学研究科]水を調べるだけで在来および外来オオサンショウオの生息エリアがわかる」(2015年02月19日)
出典: 共同発表「水をくんで調べれば、生息する魚の種類が分かる新技術を開発~魚類多様性の調査にもビッグデータ解析時代の到来~」(2015年7月22日科学技術振興機構、千葉県立中央博物館、神戸大学、東京大学)
以下はリンクを貼っていません
出典: Wikipedia記事(英文)“Environmental DNA”(リンクなし)
https://en.wikipedia.org/wiki/Environmental_DNA
出典: ウキペディア記事「メタジェノミクス(Metagenomics)」(リンクなし)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%82%BF%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%83%8E%E3%83%9F%E3%82%AF%E3%82%B9


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