新基因检测技术助力保护濒危鱼类

一种提取DNA的创新技术可以帮助监控猖獗的濒危鱼类交易

Aberdeen fish market, Hong Kong

香港南区的香港仔鱼市场。图片来源:Bob Henry / Alamy

香港大学的一名研究人员开发了一种技术,可以通过从菜市场上取一勺水来识别许多物种。它可以帮助管理部门发现濒危海洋物种的交易。

众所周知,香港是全球非法野生动物贸易的主要集散地。除了中转之外,很多走私进来的产品都是在香港本地销售的。

2015年,一群来自香港大学的科学家成立了野生动植物保护法医学实验室。有了他们提供的科学工具,监管部门可以更好地调查和起诉野生动物和环境犯罪。

该实验室由卡洛琳·丁格尔(Caroline Dingle)教授主持,目前有13名成员,他们专攻的学科领域非常广泛,从法律专业,到珊瑚礁生态学专业。

即将在伦敦帝国理工学院攻读博士学位的研究助理约翰尼·理查兹(Johnny Richards)是该实验室的一名分子生物学家。他开发了一种取证工具,可以让监管部门不动声色地监控菜市场上濒危鱼类的存在。

30亿美元
香港每年海鲜贸易额

香港是亚洲主要的海鲜消费地之一,200多个菜市场是大多数市民经常购买海鲜的地方。

2017年,当地非政府组织Bloom和帮助香港消费者购买可持续海鲜的平台“今日选择”(Choose Right Today)撰写了一份关于菜市场岩礁鱼类交易的 报告。报告显示,当地市场上“濒危物种非常常见”,并呼吁“紧急采取集体保护行动”。

监控菜市场上的交易显然很重要,但这并不简单。理查兹说:“商贩知道他们在卖什么,而且非常警惕。”他提到,商贩拒绝回答问题,也不允许拍照。有几次研究人员甚至被赶出市场。不过也有些商贩很友好,愿意交谈。

他一直在开发的工具不会惊动商贩,甚至不需要有人来检查他们的鱼。调查员们躲在商贩的视线之外,只是从菜市场的排水管中采集少量水样。理查兹从每个市场收集了一些样本,以便覆盖整个地区。他推断,排水管中鱼的DNA浓度在上午晚些时候最高,因此他以此为采样时间。

检测所需的水量越小,收集的速度就越快,也就更加隐蔽。通过改进从排水中提取DNA的方法,理查兹将所需的取水量减少到“一勺50毫升”,几秒钟就能采集到。

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香港的200多个菜市场是市民经常购买海鲜的地方。图片来源:Johnny Richards

然后,水样将被送到港大的实验室,在那里提取DNA,然后用于鉴别与之接触过的物种,从而揭示商贩在卖什么。

这个看似简单的操作依赖于先进的技术。

菜市场排水管里的水含有成千上万与之接触过的生物的DNA片段,其中包括了在一个典型的香港菜市场上出售的所有物种,不仅有鱼,还有软体动物、甲壳类动物、猪、牛、鸡、乌龟和青蛙。此外,也会混入人类、狗和猫的DNA。

总的来说,这种DNA被称为eDNA(环境DNA),因为它是从水或土壤等环境中获得的,而不是直接来自生物体。

过去,DNA检测技术一次只能处理一条保存完好的DNA分子链,因此无法识别eDNA来自哪些物种。然而,现有的技术可以同时分离和鉴定来自不同生物体的多个DNA片段,这一过程被称为DNA高通量条形码。

理查兹解释说,他在创建这个取证工具时面临的主要技术挑战是如何从高度污染的排水(他称之为“大杂烩”)中提取DNA物质。他说,这些水过滤起来要比河流或湖泊的浊水困难得多,可能是因为有机溶质——脂质、油和血液含量高。结果是DNA过滤过程非常缓慢,沉淀物“充满了脂肪、油脂和其他粘稠物”。一旦DNA被提取、测序和数字化,专门的软件就可以将其与已知鱼类的DNA数据库进行比对。

去年,理查兹尝试用他的工具研究了从香港几个菜市场采集的排水样本。他的研究结果列出了144种鱼类。其中三种被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)附录二,它们是两种长尾鲨和一种鲨鱼的近亲黑颌犁头鳐。

数据来自海关统计,由TRAFFIC前东亚总协调人Joyce Wu整理提供。

香港特别行政区是CITES的缔约方,凡在香港买卖列入公约附件二的物种,均须取得许可证。无证销售构成刑事犯罪。

这三种长尾鲨对人类无害,原本在世界各地都很常见。2016年,由于鱼翅贸易导致数量大幅下降,它们都被公约列为濒危物种。犁头鳐有鲨鱼一样的鳍,现在也成为鱼翅贸易的牺牲品。如今它们在全世界的数量已经急剧减少。

理查兹认为,鲨鱼的DNA来自鱼肉而不是鱼翅。他补充说,自己很惊讶地看到市场上有鲨鱼肉出售的证据。然而,当他查阅现有记录时,得知同一市场此前就曾卖过鲨鱼肉。

他还从排水中提取了14种鱼的DNA,这些鱼类被世界自然保护联盟(IUCN)列为“易危”到“极危”。“易危”类别包括数种石斑鱼,如褐石斑鱼和棕点石斑鱼,这两种石斑鱼都是在香港菜市场出售的鲜活的美味佳肴。

虽然《濒危野生动植物种国际贸易公约》是一个具有法律约束力的协议,但世界自然保护联盟的分类纯粹是建议性的。即使是买卖被其列为“极危”的物种,也不会给交易者带来法律后果,除非他们违反了当地法律。

买卖褐石斑鱼和棕点石斑鱼在香港是合法的,但港大教授、珊瑚鱼类保护专家薛绮雯(Yvonne Sadovy)警告说:“由于涉及鱼类数量巨大以及普遍缺乏渔业管理,对野生石斑鱼的巨大需求(其中大部分从东南亚进口)具有破坏性影响。”

珊瑚礁生态学家、理查兹项目主管大卫·贝克(David Baker)教授将其eDNA工具的目的定义为:“以非侵入性的方式收集情报”。

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水样被送到港大实验室提取DNA,鉴别与之接触过的物种,从而得知商贩在卖什么。图片来源:Johnny Richards

该实验室计划在基于理查兹试用研究的科学论文于10月份发表后,向监管部门提供该工具。

香港大学法学教授韦凯雯(Amanda Whitfort)也是动植物保护法医学实验室团队的一员,她解释了需要怎么做才能使理查兹的研究成果发挥实际作用:

“第一步是让食物环境卫生署(食环署,FEHD)同意把这项检测作为监察工具。食环署人员在巡查菜市场时,会把抽样作为例行工作。然后,结果须与渔农自然护理署(渔护署,AFCD)濒危物种保护科分享,因为渔护署会根据需要提出检控。”

利用eDNA作为生物多样性检测和监测的有效工具在自然保护和研究工作中越来越常见。然而,把它带到法庭上则是另一回事——与直接从植物、动物或其产品中获得的DNA不同,基于eDNA的法医学证据尚未在野生动物犯罪案件中被法庭接受。

韦凯雯认为这是可能的,前提是法律专业人士开始理解其背后的科学原理。她说:“法庭首先必须评估专家报告(eDNA证据)的科学可靠性,如果认为它足够可靠,就会在确定控方证据是否充分时将其纳入考虑。”

香港最近开始对野生动物犯罪判处更严厉的刑罚,或许可以开创一个法律先例。

翻译:奇芳