特殊的无人机从树木中收集环境DNA

【字体: 时间:2023年01月20日 来源:Science Robotics

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  苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦研究所WSL的研究人员开发了一种飞行设备,可以降落在树枝上采集样本。这为科学家们开辟了一个新的领域,以前只有生物多样性研究人员才能涉足。

  
   

Special drone collects environmental DNA from trees    

图片:无人机飞过冷杉林    

图片来源:Gottardo Pestalozzi / WSL

生态学家越来越多地使用生物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。根据这些DNA痕迹,研究人员可以确定某一地区存在哪些物种。

从水或土壤中获取样本很容易,但研究人员很难进入其他栖息地,如森林冠层。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、瑞士联邦森林、雪和景观研究所WSL以及SPYGEN公司的研究人员合作开发了一种特殊的无人机,可以自主收集树枝上的样本。

无人机如何收集材料  

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。

“在树枝上着陆需要复杂的控制,”苏黎世联邦理工学院和WSL的环境机器人教授Stefano Mintchev解释道。最初,无人机不知道树枝有多灵活,所以研究人员给它安装了一个力传感笼。这使得无人机能够在现场测量这一因素,并将其纳入其飞行机动。

苏黎世动物园正在准备雨林行动  

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个不同生物类群的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,他是刚刚发表在杂志上的这项研究的合著者科学的机器人。  

研究人员现在想进一步改进他们的无人机,为比赛做好准备,目标是在24小时内在新加坡100公顷的雨林中探测尽可能多的不同物种。

为了测试无人机在类似比赛条件下的效率,Mintchev和他的团队目前正在苏黎世动物园的Masoala雨林工作。Mintchev说:“我们的优势是知道存在哪些物种,这将帮助我们更好地评估我们用这种技术捕获所有eDNA痕迹的彻底程度,或者我们是否遗漏了一些东西。”

然而,对于这一事件,收集设备必须变得更有效和更快地动员起来。在瑞士家中进行的测试中,无人机在三天内收集了七棵树上的材料;在新加坡,它必须能够在一天内飞到十倍于此的树木上采集样本。

然而,在天然雨林中收集样本给研究人员带来了更艰巨的挑战。频繁的雨水冲走了表面上的eDNA,而风和云阻碍了无人机的操作。“因此,我们非常好奇我们的采样方法是否也能在热带的极端条件下证明自己,”Mintchev说。

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