从几十年前的博物馆标本蛇中提取DNA的艺术

芝加哥菲尔德博物馆地下两层有一个秘密掩体。地下一层的收藏资源中心存放着数以百万计的生物标本，供世界各地的科学家在他们的研究中使用，包括无数装着标本鱼、蜥蜴和蛇的瓶子和罐子，排列得像一个图书馆。这些标本中有许多已经有几十年甚至几个世纪的历史了，在福尔马林和酒精的混合作用下保存得近乎完美。但保存组织的过程往往会破坏DNA，使获取DNA变得非常困难，这对研究生物体之间遗传关系的科学家来说是个坏消息。一项新的研究揭示了从几十年前的标本中获取和最大化可用DNA的新方法，并利用这些技术解决了婆罗洲岛上一条小蛇的长期谜题。

菲尔德博物馆爬虫学助理馆长、该研究的资深作者Sara Ruane说:“作为一个真正的犯罪爱好者，这让我想起了在20世纪60年代犯罪时，人们是如何不采集DNA样本的，因为没有人能预料到有一天DNA样本会让你确定谁犯罪。”“这些古老的博物馆标本有时是一个物种唯一可用的例子，但它们的保存没有考虑到DNA——这篇论文是关于我们如何尽可能从它们中挤出每一点信息。”

“我的主要研究对象是生活在南亚和东南亚、新几内亚和澳大利亚的一组蛇，称为类鼻祖蛇或泥蛇，”该论文的第一作者Justin Bernstein说。“它们生活在泥泞的水生环境中，共有56种。我们使用DNA来研究它们的进化史，试图描述新物种，并了解这些群体在数千万年里发生了什么，导致了我们今天看到的多样性。”

在这篇论文中，Justin Bernstein试图将一条两英尺长的绿棕色蛇Hydrablabes periops又名橄榄小眼蛇归入一个家族。它是在婆罗洲发现的，婆罗洲是马来西亚大陆东部、澳大利亚西北部的一个大岛，包括马来西亚和印度尼西亚的部分地区以及文莱整个国家。根据蛇的外观，科学家们认为它可能属于两个不同的家族。分析它的DNA可以揭示它最近的亲戚，也就是它的家族，但这说起来容易做起来难。“大约一半的泥蛇多样性和所有的Hydrablabes凭据都是从经过化学处理的较老的标本中获得的，但这种化学处理会分解DNA。”

在酒精中保存动物的部分过程是用一种叫做福尔马林的物质“固定”它，福尔马林是一种甲醛气体和水的溶液，它可以使动物的组织变得坚硬。不幸的是，它细胞中的DNA也被改变了。“它发生了交联，将DNA结合在一起，”鲁恩说。“如果你想研究它的DNA，你需要解除交联，让DNA从这些交联中分离出来。”

研究这种橄榄色的小眼睛蛇意味着要从美国的少数样本中提取肝脏组织的小样本，这两份样本都来自菲尔德博物馆的收藏。一份来自1964年，另一份来自1993年，当时的策展人Robert Inger和他的妻子谭惠莲(Tan Fui Lian)进行了一次收藏之旅。

这些古老的标本需要新的实验室技术。通常情况下，从组织样本中提取DNA需要加入消化酶，分解组织，留下DNA，然后将其加热到130华氏度数小时。“我们必须修改提取DNA的方式，让温度升高更长时间，使用更多的消化酶。”在之前的研究中，这些更极端的制备方法对其他蛇类很有效，但Hydrablabes 蛇标本的最终基因分析仍有很多空白。“用于保存蛇的化学物质将它们的DNA剪成更短的代码片段，这使得它们很难与其他标本中更长的、更完整的基因进行比较。”“我使用的第一个软件很难理解研究样本中有多少片段DNA，但切换到另一个可视化遗传密码片段的软件，就更容易看到哪里有问题。”甚至更小、更碎片化的代码片段也可以添加到更大的、发布的数据集中，以帮助构建进化树。

这篇论文的一个重要方面是阐明了使用旧标本的困难之处和给出了研究老标本所需的技术疑难指引。他说:“我想向科学家们展示，你仍然可以用这些标本进行研究，只是需要一点技术。”“在更广泛的层面上，这项研究确实展示了如何利用你获得的数据，以及如何将其与之前发布的数据集结合起来，调查一些非常酷的假设。”

至于处于研究中心的婆罗洲蛇，研究人员能够确定它是Natricidae家族的成员，该家族有北美袜带蛇等远亲。这似乎不是什么大事，但“知道一个特定的物种是某个群体的一部分，可以告诉我们很多关于生物地理学的信息，以及地球上的生命是如何随着时间的推移发生变化的，”除了对蛇的研究，研究人员指出，“这个项目强调了博物馆收藏的重要性，因为你永远不知道未来你能从标本中学到什么。”