Beyond insects: leveraging bulk arthropod samples for vertebrate biodiversity monitoring using invertebrate-derived DNA (iDNA) metabarcoding
本研究は、マレーズトラップを用いて採取された無脊椎動物のバルク試料による無脊椎動物由来DNA（iDNA）メタバーコーディングが、森林における脊椎動物の生物多様性をモニタリングするためのカメラトラップ調査を効果的に補完し、一般的または潜在的な動物相に対して高い一致度をもって、多様な在来種、害虫、および家畜種を検出できることを実証している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
森林における動物たちの隠れた生活を追跡することは、長年、保全活動家にとっての課題となってきました。伝統的な手法では、動物に危害を加える可能性のある罠を仕掛けたり、高価な装置を使い、臆病な動物の写真をたった一枚撮るために何ヶ月も待機したりすることがよくあります。近年、科学者たちは別の種類の証拠に目を向けています。それは、生き物によって残された遺伝物質です。「環境DNA」として知られるこのアプローチは、土壌、水、あるいは空気からサンプルを採取し、生命の痕跡を見つけ出すものです。この技術のより具体的な変種として、昆虫の胃の中を調べる方法があります。蚊やハエのような多くの昆虫は、鳥類、哺乳類、爬虫類といった脊椎動物の血や肉を摂取します。これらの昆虫が採集されると、その腸の内容物は、それらが最近噛んだり食べた動物たちの、ごくわずかながら保存された記録となります。この遺伝コードを読み取ることで、研究者は対象の動物を直接目にすることなく、その地域にどの脊椎動物が存在するかを特定できるのです。
南西オーストラリアにおける新しい研究は、この方法をより大規模に活用する巧妙な方法を探求しています。特定の吸血昆虫を一つずつ探してテストする代わりに、研究者たちは、一般的な生物多様性調査のために集められた、混合昆虫の既存のコレクションを利用しました。「マレーズトラップ」として知られるこれらの罠は、飛行昆虫を捕獲するために設計された大きなテント型の装置で、一般的な生物多様性調査に使用されます。研究チームは、シンプルな問いを立てました。「これらの混合昆虫が入ったバルクバッグ（一括袋）の中から、脊椎動物のDNAを見つけ出し、日常的な昆虫調査を地域の哺乳類、鳥類、爬虫類のセンサス（人口調査）へと実質的に変えることができるだろうか？」彼らは、この新しいアプローチが従来の視覚的記録とどの程度一致するかを確認するために、遺伝学的知見を同じ場所に設置されたカメラトラップのデータと比較しました。
研究者たちは、異なるタイプのユーカリ林を含む54箇所の森林サイトで作業を行いました。各サイトにおいて、飛行昆虫を捕獲するために約2週間にわたってマレーズトラップを設置し、それらをアルコールで保存しました。同時に、動きを検知するセンサー付きカメラを設置し、6週間にわたって森林を移動する動物を撮影しました。ラボ内では、チームはバルクの昆虫サンプルを粉砕し、DNAを抽出することで処理を行いました。彼らは、幅広い脊椎動物を特定できるものと、哺乳類に特化したものの2種類の異なる遺伝マーカーを使用して、特定の配列を探索しました。そして、昆虫の腸内に見つかった動物のリストを、カメラで捉えられた動物のリストと比較しました。
結果は、いくつかの制限はあるものの、この手法が機能することを示しました。54袋の混合昆虫から、遺伝子解析によって17種の異なる脊椎動物が特定されました。これには、ナミグレイスカンガルーや西部ブラシワラビーといった在来の哺乳類、爬虫類、そして単一種の鳥類が含まれていました。最も多く見つかった動物はナミグレイスカンガルーであり、この動物は、検出されたサイトの4分の3において昆虫サンプルの中に現れました。また、ブタやウサギといった森林の害獣、さらには近隣の農業地帯に由来すると考えられるヒツジやウマといった家畜の証拠も見つかりました。研究者がこの遺伝学的検出結果をカメラトラップの映像と比較したところ、一般的な種については強い一致が見られました。昆虫DNAを通じて発見された森林動物の約78パーセントが、カメラでも確認されていました。
しかし、これら2つの手法は全く同じ物語を語るわけではありませんでした。カメラトラップは、昆虫DNAが見逃した多くの鳥類や小さな、あるいは素早い哺乳類を含む、合計62種というより幅広い生命を検出していました。遺伝学的な手法は、鳥類や爬虫類を見つけることに苦戦しましたが、これは使用された特定の遺伝的ツールが哺乳類により適していたことや、採集された昆虫がすべての種類の動物を等しく捕食しているわけではないことが原因と考えられます。それにもかかわらず、昆虫DNAのアプローチは独自の利点を提供しました。この手法は、カメラがセンサーを起動させるには小さすぎる、あるいは速すぎるためにカメラが捉えられなかった3種の小型トカゲ（スキンク）を特定することに成功しました。この研究は、この技術がまだ従来の調査に取って代わることはできないものの、すでに収集されているサンプルから追加の情報を抽出するための価値ある手段であることを示唆しています。
著者らは、このアプローチはまだ初期段階にあると述べています。混合昆虫サンプルから見つかる遺伝的信号はしばしば微弱であり、昆虫自身のDNAによってかき消されてしまうことがあります。さらに、本研究は、トラップで採集された昆虫が、単にその直近の森林サイトだけでなく、より広い範囲の動物から餌を得ている可能性があることを強調しています。つまり、遺伝的データはピンポイントの場所ではなく、より広範な景観を表しているということです。それにもかかわらず、本研究は、他の目的で集められた既存の昆虫コレクションが、脊椎動物の生命の隠れたアーカイブを保持していることを実証しています。DNAを抽出する方法を洗練させ、遺伝的ツールを改善することで、科学者たちは、長年棚に置かれたままの昆虫の瓶から、森林の生物多様性のより豊かな歴史を解き明かすことができるようになるかもしれません。
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