了解森林的生物多样性对其保护或恢复至关重要。收集生物体留下的“外部DNA”是一种很好的方法,可以发现那里生活着什么,而不必发现它们,甚至不必同时出现在那里。生态学家越来越多地使用这些遗留在环境中的遗传物质痕迹,即环境DNA (eDNA),来对生物多样性进行分类和监测。
它们可以在土壤、水中或岩石和树枝等表面上找到。基本上,任何动物可能出没的地方,都会留下自己的痕迹,我们可以探测到。但是其他栖息地——比如鸟类、小型哺乳动物和昆虫一生都生活在那里的森林冠层——如果没有特殊的设备,研究人员就很难进入。因此,许多物种在未被充分开发的地区仍未被追踪。
苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦森林、雪和景观研究所WSL的研究人员与SPYGEN公司合作,开发了一种可以降落在树枝上取样的飞行设备。
无人机配备了胶条。当飞机降落在树枝上时,树枝上的物质会粘在这些条上。然后,研究人员可以在实验室中提取DNA,对其进行分析,并通过数据库比较将其分配给各种生物的遗传匹配。
但并不是所有的树枝都是一样的:它们的厚度和弹性各不相同。当无人机降落在树枝上时,树枝也会弯曲和反弹。对机器人专家来说,如何对飞行器进行编程,使其能够自主地接近树枝,并在树枝上保持足够长的稳定时间以采集样本,是一个重大挑战。
研究人员已经在七种树种上测试了他们的新设备。在这些样本中,他们发现了21种不同生物类群的DNA,包括鸟类、哺乳动物和昆虫。”这是令人鼓舞的,因为它表明收集技术是有效的,”Mintchev说。该研究的作者刚刚发表在《科学机器人》杂志上。
研究人员写道:“我们的结果为一代机器人生物多样性探索者铺平了道路,他们能够在不同的空间和时间尺度上调查eDNA。”“通过允许这些机器人居住在环境中,这种生物监测范式将提供关于全球生物多样性的信息,并有可能使我们测量、理解和预测生物圈如何对人类活动和环境变化做出反应的能力自动化。”