DNA条形码扫描技术

就像超市通过条形码识别商品一样，有一天，你可以手持DNA条形码扫描仪，到森林里去认识每种动植物。

设想在一个闷热的夏日夜晚，突然你的手臂被蚊子叮了一下。你立刻挥起另一只手，把这只蚊子拍死在手臂上。然而，手臂已经肿起了一个小包。你有没有产生这样的后怕：这只蚊子是否携带西尼罗河病毒？

如果科学家保罗赫伯特的构思能够实现，那么10年内，你就可以轻而易举地解决这种疑问。只需把被你打扁的蚊子身上的一部分放到掌上型扫描仪中，几分钟之内，这个小机器就能显示出有关这个蚊子种类的信息，告诉你刚才有没有接触到西尼罗河病毒。

尖端技术，平凡应用

赫伯特是加拿大圭尔夫大学的动物学家，他被称为DNA条形码技术之父。这一概念认为，就像在商店里扫描仪读取条形码那样，地球上每种植物和动物也都能通过快速地分析DNA中的一小段加以识别。

“这种技术的使用将十分简单，每个人都能识别遇到的任何一种生物。”他说。只要把生物体的一小部分——皮、毛发、叶子等放到DNA条形码扫描仪里，它就能识别出任何一种生物。赫伯特设想了这种装置的许多用途：帮助航空公司识别与飞行器相撞的鸟类；协助生物学家确定被解剖的青蛙最后吃的是什么东西；让卫生监督人员在加工食品中发现不符合规格的动植物成分；让每个人都能随时学习周围的动植物知识。

生命条形码协会的执行秘书戴维欣德尔指出，DNA条形码还可以加速发现新的物种。目前，分类学者已经识别了大约200多万种的动植物，而据估计，地球上共生存着1000多万种动植物。欣德尔认为，使用DNA条形码技术，科学家能够找出那些在条形码数据库中没有的种类，让分类学家解放出来去关注那些“全新的和激动人心的事物”。

本月，科学家将在伦敦召开生命条形码协会的第一次国际会议。届时，他们将讨论DNA条形码科学的进展，以及为1000万个物种建立条形码库打开国际合作的局面。这个数据库将设置在美国国立卫生研究院，向公众开放的DNA序列数据库GenBank中。

此外，赫伯特和同事已经在圭尔夫大学汇编了一个条形码数据库。双方正在进行讨论以确定这两个数据库是否互补。

什么是DNA条形码

为了让条形码数据库成为一种经济有效的工具，生命条形码协会正集中研究在所有生物当中都存在的一个基因——细胞色素氧化酶1（CO1，cytochrome coxidase 1）的一部分。这部分DNA序列能够区分出物种差异，其方式与超市利用条形码区分不同品牌的同种商品几乎一样。

“对于大部分动物群体而言，利用CO1基因的方法十分有效。因此，如果要使用条形码技术的话，应该从那里开始。”赫伯特说。

CO1基因位于细胞线粒体中，只能从母体中遗传（大部分在细胞核中找到的基因是从母体和父体共同遗传下来的）。赫伯特指出，线粒体DNA积聚突变的速度比核DNA快10倍。因此，关系密切的物种之间，线粒体DNA的差别要大于核DNA的差别，因而也更容易区分不同的物种。

赫伯特说，CO1基因很容易从许多动物中分离出来，有很大一部分的动物生命已显示出有截然不同的CO1序列。然而，CO1对于维管束植物（用导管输送液汁的植物，如蕨类和开花植物等）优势不十分明显。

在本月的会议上，科学家将讨论能快速确定物种的植物基因。

被隐藏的新种群

2004年10月发表的两项研究阐明了DNA条形码的功能。发表在《大众科学图书馆生物卷》（PLoS Biology）的一篇论文当中，由赫伯特带领的研究人员为260种北美鸟类排出了DNA条形码序列。结果发现，每只鸟都有单独的条形码，而种类间的差别，平均比同一种类不同个体之间的差别高出18倍。

在研究过程中，赫伯特和同事还在4个种类当中发现各存在两种不同的CO1条形码的组。这表明，原来认为的1个种类，实际上由2个种类组成。DNA条形码显示出了北美鸟类的4个新品种。

另一项研究中，由宾夕法尼亚大学的生物学家丹尼尔詹曾带领的研究人员运用DNA条形码证实了1种在哥斯达黎加常见的蝴蝶——Astraptes fulgerator，实际上是10种蝴蝶。这项研究发表在美国科学院院刊上。

当研究人员意识到，捕捉到的2500只野生Astraptes fulgerator幼虫能根据其不同的颜色和对食物的喜好分成几个不同组时，他们想到了存在许多不同种类的可能性。然而，成年的蝴蝶是不能区分的。詹曾指出，“如果给Astraptes fulgerator种群范围界定很广的话，不难想象其中可能包含了许多被隐藏的种群。”

最响亮的批评声

加州大学伯克利分校的脊椎动物学家克雷格莫里茨和卡拉西塞罗在《大众科学图书馆生物卷》发表了对赫伯特北美鸟类研究的评论。他们质疑这项技术能否可靠地区分近缘种的差异——这是对DNA条形码的批评中最响亮的声音。

他们指出，DNA条形码技术与其它分类学方法结合使用，能够帮助区别个体以及加快发现新种类的速度，但他们对该技术在何时何地使用持怀疑态度，指出“最大的挑战存在于热带动植物的分类”。

欣德尔说，生命条形码协会欢迎批评。但是，他并不相信条形码的局限性会阻止分类学者在他们的工具箱中使用这种技术：“我认为最重要的问题是：DNA条形码技术会不会在分类学的修正和修饰过程中起作用？我认为答案是十分肯定的。”