霧に包まれたマングローブの縁に夜明けに立ち、水面は暗く静かで、その下には無数のサメが静かに泳いでいることを知っているとイメージしてみてください。ケージもなく、餌もなく、背びれを見つける機会もありません。代わりに、滅菌されたボトルを水中に浸し、数リットルの水を採取します。その一滴一滴には、生態系の生物が放出したDNAの痕跡が含まれています。研究室に戻ると、それらの微小な断片—皮膚細胞、粘液、鱗など—がサメやその生息地を共有する無数の生物の存在を明らかにします。あるいは、陸上の生物学者として、熱帯雨林を夜に歩き、懐中電灯の光が昆虫や雨に濡れた葉の輝きを捉えているとします。どこか下草の中に、何年も目撃されていない希少なカエルが、完璧に擬態して身を潜めています。従来なら、それを見つけるには隠れ場所から追い出す必要があり、ストレスや危害を与えるリスクがありました。代わりに、近くの水たまりから水を優しくすくい取り、ろ過します。カエルがその環境に十分なDNAを残していることを知っているからです。後で、その環境サンプルを配列解析すると、そのカエルがここに存在するだけでなく、どの個体群に属しているかという情報も得られます。これは保全にとって重要な情報です。
環境DNA（eDNA）は、目に見えないものを可視化します。各遺伝子の痕跡は足跡のように機能し、気づかれることなく生命の動きと存在を静かに記録します。これは、探偵が犯罪現場の手がかりを読み解くように環境を読み解く方法です。ただし、ここでの「犯罪」は種の消失であり、証拠は生態系が残したものです。この新しいアプローチは生物多様性科学を変革しています。従来の調査では、捉えにくい、希少な、あるいは隠れた種を検出するのに苦労することが多く、気候変動によって引き起こされる急速な生態学的変化を見逃す可能性があります。一方、eDNAは、濁った河口に隠れるハゼから外洋を巡るサメまで、あらゆるものを特定できることが証明されています。直接捕獲する必要をバイパスすることで、種へのストレスを軽減し、時間とリソースを節約します。しかし、この技術の精度は一見単純なことに依存しています：比較するための十分な遺伝子参照資料があるかどうかです。包括的なDNAデータベースがなければ、水、土壌、空気から回収された遺伝子シグナルは誤って識別されるリスクがあります...あるいは、さらに悪いことに、まったく識別されない可能性があります。
何世紀にもわたり、博物館は地球の生物多様性を記録する標本を収集、カタログ化、保存してきました。これらのサンプルの多くは、保全生物学が学問分野として存在する前に収集されたものです。引き出しや瓶の中には、一般的な種だけでなく、希少種、絶滅危惧種、さらには絶滅した生物も収められています！もともとは形態学的研究のために集められたこれらの標本（特定の時代と場所の生命の唯一の物理的記録であることが多い）は、現在、さらに重要なものを提供しています：膨大な、十分に活用されていない遺伝子アーカイブです。しかし、これらの博物館コレクションからDNAを抽出することは簡単ではありません。多くの標本は古く、乾燥しているか、DNAを損傷するホルマリンに保存されています。しかし、ゲノム技術の進歩—研究者がミュージオミクスと呼ぶもの—により、高度に劣化した材料からでも遺伝情報を回収することが可能になっています。次世代シーケンシング、ネステッドPCR、ミニバーコードなどの方法により、科学者は数十年あるいは数世紀前に収集されたサンプルから使用可能なDNA配列を再構築できます。場合によっては、eDNA研究に特に価値のあるミトコンドリアゲノム全体を回収することも可能です！
これがeDNA研究にとって重要であることは言うまでもありません。現在のデータベースは、COI遺伝子のような特定のマーカーに大きく依存していますが、これは一部の動物には適していても、すべてではありません。例えば、魚は12Sや16Sマーカーを使用して識別する方が適していることが多いですが、これらはまだ公共データベースでは十分に表現されていません。博物館コレクションの標本をシーケンシングすることで、研究者はこれらのギャップを埋め、DNA配列を分類学者によって慎重に同定された証拠標本に直接リンクさせることができます。これは確かに精度を向上させますが、研究間でのエラーの伝播も防ぎます。また、博物館コレクションは種内の遺伝的多様性も捉えています！例えば、ある魚種は、その地理的範囲全体で収集された複数の博物館サンプルを持っているかもしれません。これらの標本をシーケンシングすることで、データベースは種内変異を反映し、eDNA調査で局所的な個体群を区別しやすくなります。これは保全にとって重要です。遺伝的多様性を保護することは、種そのものを保護することと同じくらい重要だからです。
同じ原則がサメにも適用されます！最も捉えにくく研究が難しい海洋生物の一つであるサメの多くの種は、生涯の大部分を深海や沖合で過ごし、高度に回遊性で、しばしば低密度で生息しています。従来のモニタリング（つまり、タグ付け、視覚的調査、漁業）は高価で、物流的に困難で、時には動物に害を与えることもあります。しかし、eDNAを使えば、サンゴ礁や回遊ルートに沿って採取された数リットルの海水から、どのサメ種が存在するか、他の方法では検出されない可能性のある希少種や絶滅危惧種を含めて明らかにすることができます。しかし、eDNAが機能するのは、回収された配列を正確に識別できる場合のみであり、ここで包括的な参照データベースが重要になります（現在、一部のサメ種はこれらの遺伝子ライブラリに十分に表現されていません）。博物館標本—歴史的なタイプ標本を含む—からDNAをシーケンシングすることで、研究者はギャップを埋め、配列を検証された種にリンクさせ、個体群間の遺伝的変異を捉えることができます。これにより、科学者はサメの分布をより正確にマッピングし、時間の経過に伴う変化をモニタリングできます。保全にとって、これはゲームチェンジャーです。博物館ベースの参照データベースに基づくeDNAにより、科学者は乱獲、気候変動、生息地の喪失によるサメの個体数の変化を、これらの減少が壊滅的になる前に検出できます。彼らはサメが集まるホットスポットを特定し、以前は知られていなかった個体群を発見し、侵略的な種や雑種の拡散を追跡することさえできます。ある意味で、この技術は海洋をサメの存在の生きたアーカイブに変え、博物館コレクションはそれを読み解くための遺伝的鍵を提供します。
もちろん、課題もあります。歴史的な標本は、保存プロセスと何世紀にもわたる取り扱いの両方から、汚染に苦しむことがあります。誤ったラベル付けや時代遅れの分類法も、個々の標本に混乱を引き起こす可能性があります。そのため、サラ・シュミッド博士と研究チームは最近、エラーを最小限に抑えるための博物館標本の使用に関する考慮事項を概説した論文を発表しました。例えば、シーケンシング前に標本を専門家が慎重に再検査し、標本がいつどこで収集されたかなどのメタデータを検証することを提案しています。倫理的考慮も不可欠です。多くの博物館コレクションには、植民地時代に収集された標本が含まれています（しばしば地域社会の同意や参加なしに）。チームが提案する現代の取り組みでは、原産国が協力、データへのアクセス、または共有認識を通じて、あらゆる遺伝子研究から恩恵を受けることを確保すべきです。しかし、これらの課題にもかかわらず、その可能性は膨大です。気候変動は前例のないペースで種の分布を変化させています。サンゴ礁、森林、湿地、深海生態系はすべて急速な変化を遂げており、しばしば私たちがモニタリングできるよりも速いペースです。eDNAは追いつく方法を提供しますが、私たちが何を見ているのかを知っている場合にのみ機能します。Earth BioGenome ProjectやVertebrate Genomes Projectのようなプロジェクトはすでに多くの種の全ゲノムをシーケンシングしており、既存の博物館コレクションにより、この作業を希少種や絶滅種にまで拡張することができます。これらの種は、そうでなければ記録から欠落してしまうでしょう。これは双方にとって有益であり、保全を強化し、侵略的な種をより早く検出し、絶滅危惧種をより効果的に保護し、生物多様性の変化をより高い精度で追跡することを可能にします。
結局のところ、eDNAと博物館はコインの表と裏のようなものです。一方は現在の生きた痕跡を捉え、もう一方は過去の生物学的遺産を保存します。一緒に、それらは急速な変化の時代における地球の生物多様性を理解するための鍵を握っています。これを機能させるための課題は膨大ですが、機会も同様です。前例のない明瞭さで、私たちの惑星の生きた織物がさらに解体される前に見ることができること...それは貴重なことです。
