草むらを歩くアナグマ、森に生えるオーク、頭上を舞うワシなど、あらゆる生き物は目に見えない痕跡をその土地全体に残しています。毛皮、羽毛、皮膚細胞、胞子、花粉など、それらはすべて遺伝情報を帯びており、データに富んだ大気のスープへと漂っていきます。科学者たちはこの情報を環境DNA（eDNA）と呼んでいます。その影響力は非常に大きく、2022年1月には、2つの動物園で周囲の空気中のeDNAを採取するだけで、その種の特定に成功したと研究者たちが発表しました。
英国国立物理学研究所の大気質科学者、ジェームズ・アラートン氏は、この実験について読み、「 ちょっと待って」というアイデアを思いつきました。同研究所は、英国の重金属ネットワークを含む複数の大気質監視ネットワークを運営しています。これらの監視ステーションでは、空気がフィルターを通過し、その後分析されて有害金属の濃度が測定されます。「国立物理学研究所にいた頃は、『 これらのフィルターに回収可能なDNA物質が付着しているのではないか』とは考えていませんでした」とアラートン氏は振り返ります。しかし、このアイデアはあまりにも魅力的で、無視できませんでした。「大気中から動物のDNAを採取することに成功した人々の報告を読んだ時――そして、まさに私たちが粒子測定に取り組んでいる時――ひらめきが起こったのです。」
特に、アラートン氏とNPLの大気質研究員アンドリュー・ブラウン氏は、研究所の機器が意図せずして、地域の生物多様性を追跡できる膨大なeDNAを蓄積しているのではないかと懸念していた。「英国の監視ステーションの中には、1960年代や70年代に設置されたものもある」とブラウン氏は語る。「つまり、これらのステーションは実質的に、毎日、毎週、毎月、毎年、全く同じ方法でサンプルを採取し続けていることになるのだ。」
世界中の何千ものサンプリングステーションが、意図せずして生物学的データを収集してきました。
写真：NPL二人は、動物園研究の生物学者であるロンドン大学クイーン・メアリー校のジョアン・リトルフェア氏とトロント・ヨーク大学のエリザベス・クレア氏に協力を要請した。そして本日 、学術誌「カレント・バイオロジー」で、画期的な発見を発表した。スコットランドとロンドンの大気質モニタリングステーション間で、環境DNAを用いて180種以上の生物を検出できたという。これには、シカ、ハリネズミ、アナグマ、イモリといった様々な動物、樹木、イネ科植物、小麦などの作物を含む植物、そして鳴鳥、ハト、コキンメフクロウを含む34種の鳥類が含まれる。
彼らの研究は、世界中の大気科学者が偶然に遺伝子データを収集していたことを示唆しており、生物学者にとって生態系の変化に関する前例のない洞察をもたらす可能性があります。これは膨大で非常に貴重な情報源となるでしょう。「何千もの地点で毎週サンプルを採取するだけでも、これまでに見たことのないほどの生物多様性データになります」とクレアは言います。「生物多様性科学では、 年間調査を高解像度データと見なしています。ですから、このように毎週、つまり基本的に自動化された調査が実施されているという考えは、これまで私たちが考えたこともなかったと思います。」
実際、クレア氏によると、大気質科学者たちもこのことを考慮していなかったという。「ここ数週間、科学者やネットワークを運営する人たちと、こうした話を何度もしてきました」とクレア氏は言う。「『こんなことも起きるってご存知でしたか？』と聞くと、皆、一瞬驚いたような表情になります。そして、『ああ、でも当然 でしょう』と答えるんです。一度聞けば当たり前のことのように思えますが、実際にはそうではありません。なぜなら、 ネットワークを運営する人たちは生物学者ではないからです。」
ネイチャー・コンサーバンシーのモニタリング・評価ディレクター、クレイグ・レイシャー氏は、今回の研究には関与していないものの、大気中のeDNAは種の保全に強力なツールとなる可能性があると述べている。例えば、外来種のDNAが保護区に流入し始めた場合、大気観測機器が自然保護活動家にその脅威を警告することができる。このようなモニターは、ネズミなどの外来種に対して非常に脆弱な島嶼部において特に威力を発揮するだろう。機器がネズミ類のDNAの匂いを検知すれば、自然保護活動家は即座に行動を起こすことができる。
チームのロンドン駅は、広大な公園とそこに生息する多くの生物のすぐ隣にあります。
写真：NPLこれは、侵入種モニタリングのためのカメラトラップや音響センサーといった他の技術を補完するものとなるでしょう。これらの技術にはそれぞれ特有の欠点があります。侵入昆虫のように、カメラを作動させたり、マイクに向かって発声したりしない種もいます。「eDNAは、こうした隠蔽種を捕捉するチャンスを増やすでしょう」とリーシャー氏は言います。「補完的なツールとして、非常に大きな可能性を秘めています。」
また、eDNAは生物学者が捕獲困難な生物を特定し追跡するのに役立つ可能性があります。生物学者はすでに水域から採取したeDNAを検査し、これまで物理的に観察できなかった水生生物、さらには科学的に未発見となる可能性のある生物を発見しています。
それでも、空中のeDNAデータの解釈は非常に複雑であることが判明している。第一に、すべての種が同じ量のDNAを生成するわけではない。巨大なオークの木は野生の花1本よりも多くの花粉を撒き散らし、シカはネズミよりも多くの毛を落とす。「鳥は一時的な滞在ですが、とても羽ばたきます」と、ロンドン大学クイーン・メアリー校の生物学者リトルフェア氏は言う。おそらく鳥は大量のDNAを空中に放出し、サンプラーのすぐそばを飛んでいくかもしれない。一方、例えばミミズを検出する可能性はそれほど高くないかもしれない。「ある種の小さな地上性無脊椎動物は、放出するDNAの量が少ない可能性があります」とリトルフェア氏は言う。ただし、「風が土壌の残留物や堆積物を拾い上げ、大気中に再拡散させる可能性はあります」。
現時点では、空中eDNA情報は、特定の種類のDNAが検出されたかどうかを記録するものです。特定の地域に各種の動物や植物がどれだけ生息していたか、あるいはどれくらいの期間そこにいたかを記録することは困難です。これは更なる研究を必要とします。なぜなら、個体群に関するより詳細な情報が得られ、例えば絶滅危惧種が深刻な絶滅の危機に瀕している可能性を示唆できる可能性があるからです。
大気サンプル採取ステーションの運営者に使用済みフィルターを保管し、生物学者に引き渡すよう説得できれば、研究者は長期的な傾向を追跡できる可能性が高まるだろう。しかし、世界中に数千ある大気サンプル採取ステーションの中には、フィルターを全く保管しない運営者もいれば、数十年も保管する運営者もいるかもしれない。
スコットランドにあるこのステーション（英国の重金属モニタリングネットワークの一部）の運営者は、1週間ごとに連続してサンプルを採取し、フィルターを1年から18ヶ月間保管することが義務付けられています。DNAは時間とともに劣化しますが、研究者たちは8ヶ月前のフィルターから良好なサンプルを採取することができました。「これは、一部の国が保管している古いサンプルを調べる大きな動機となります。これらのサンプルは長期的なデータを保存している可能性があります」とクレア氏は言います。「もし それらのサンプルの一部でも遡って分析できるとしたら、信じられないほどのデータの宝庫となる可能性があります。」
研究者たちは、スコットランドのデータと、ロンドンのブッシーパークに隣接するNPL施設から採取したサンプルを比較した。ブッシーパークはシカの群れが生息する広大な自然保護区である。このサンプラーは監視ネットワークに正式には含まれていなかったため、ロンドンでのサンプリング時間を1時間、1日、1週間と変化させ、より幅広い粒子サイズを観察することができた。また、生存DNAの取得確率を高めるために、フィルターをすぐに凍結させることも試みた。その結果、スコットランドでのサンプリング実験と同様の結果が得られ、世界中の標準的な大気監視ステーションには、環境DNAを正確に測定できる設備が既に整っていることが示唆された。
研究チームにとって、今まさに全土の航空基地の運営者にフィルターの廃棄をやめるよう説得する戦いが始まっている。「私たちは、これがおそらく数十年もの間失われていたデータセットであるという警告を、できるだけ早く発出しようとしています」とクレアは語る。「一部は回復できることを願っていますが、もし回復できなければ、 今すぐ保存を始めてください。」
