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在法医地质学中，土壤和灰尘作为常见地质证据，其生物组分常被忽视。研究人员开展 “利用与模拟地质证据相关的细菌、真菌、植物和节肢动物的 eDNA 进行样本比对和研究地点区分的可行性研究”，发现 eDNA 可区分样本，对法医地质学意义重大。
在法医科学的领域中，土壤和灰尘这类地质材料看似普通，却在犯罪调查中有着不可忽视的作用。它们广泛存在于环境里，极易随着微小颗粒四处转移，还常常被犯罪者忽略，从而成为潜在的关键证据。以往，法医地质学家在分析这些材料时，主要把精力放在了确定其物理性质和无机成分上，像是通过各种显微镜技术和分析方法来研究土壤的 pH 值、颜色、质地以及矿物组成等。然而，这些材料中的生物组分，如花粉、孢子、硅藻、植物和昆虫碎片等，却因为缺乏专业的形态学鉴定专家而常常被搁置一旁，无人问津。
与此同时，环境 DNA（eDNA）技术在其他科学领域已经崭露头角。eDNA 是存在于各种环境样本，如土壤、灰尘、水和粪便中的 DNA，它既包含了样本中生物本身的 DNA，也有游离在样本中的外源 DNA。通过 DNA metabarcoding 技术（一种对基因组中短而有信息的区域进行扩增和测序的方法），可以识别出样本中存在的生物种类。但在法医地质学中，虽然已经有研究开始关注土壤中细菌和真菌的 eDNA 分析，并且在区分研究地点方面取得了一些成果，但仍有许多关键问题没有得到解答。比如，不同生物类群的 eDNA 在不同证据样本、不同采集时间和地点的稳定性如何？能否利用多种生物类群的 eDNA 组合来更准确地进行样本比对和研究地点区分？
为了解开这些谜团，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们以美国北卡罗来纳州罗利市的一个农业地点和一个城市地点为研究对象，通过精心设计的模拟实验，试图探究细菌、真菌、植物和节肢动物的 eDNA 在法医地质学中的应用潜力。
研究人员使用了多种常见的物品作为模拟证据，像婴儿连体衣、橡胶靴底、泥铲等模拟土壤证据，用砖铺路面和汽车空气过滤器模拟灰尘证据。在为期一年的时间里，他们每月从这些模拟证据和周围土壤中采集样本。在实验过程中，研究人员运用了一系列复杂而精细的技术方法。首先是样本采集，他们严格按照规定的时间和方式进行操作，确保样本的代表性和准确性。接着，使用 PowerSoil Pro Kit 等工具进行 DNA 提取，随后利用带有索引的引物对目标生物类群的特定基因区域进行扩增和文库制备。在这个过程中，为了克服引物的扩增偏好，针对植物和节肢动物选用了多对引物。之后，对扩增后的文库进行纯化、定量，最终通过 Illumina MiSeq 平台进行测序。在数据分析阶段，运用 QIIME2 和 DADA2 等软件对测序数据进行处理，将序列解析为扩增子序列变体（ASVs），并与特定的数据库进行比对，确定样本中的生物分类信息。同时，使用 R 语言中的 vegan、phyloseq 和 ggplot2 等包进行统计分析，评估样本的多样性和差异。
研究结果令人惊喜。在 DNA 提取和浓度分析方面，研究发现土壤样本的总基因组 DNA 浓度显著高于灰尘样本，农业土壤的 DNA 浓度又高于城市土壤，这可能与土壤的质地差异有关，比如农业土壤中较高的粘土含量更有利于结合 DNA。而且，在不同季节采集的样本，其 DNA 浓度也有所不同。
从样本间的差异分析来看，无论是土壤还是灰尘样本，细菌、真菌和植物的 eDNA 都能显著区分不同的样本类型。通过香农多样性指数（Shannon diversity index）评估样本的 alpha 多样性，发现土壤样本的多样性普遍高于灰尘样本；利用 Bray-Curtis 相异度（Bray-Curtis dissimilarity）评估 beta 多样性，结果表明土壤和灰尘的分类群落存在显著差异，即使是单独的生物类群或它们的组合，都能在一定程度上实现土壤和灰尘样本的空间区分。
在研究地点的区分上，研究人员发现，无论是土壤还是灰尘样本，大部分情况下都能通过 eDNA 分析区分出农业地点和城市地点。虽然在某些数据集中，特定生物类群或季节下的样本存在一定的相似性，但总体而言，eDNA 分析在区分研究地点方面表现出色。
对于模拟证据物品的比较，土壤模拟证据物品间的生物分类群在一年中大多存在显著差异，但植物、真菌以及它们的组合在部分比较中表现出相对的稳定性。而在灰尘模拟证据物品中，植物和植物与真菌的组合在样本比较中具有一定的价值，尤其是对于暴露灰尘样本的比较。
这项研究成果发表在《Forensic Science International: Genetics》上，具有重要的意义。它为法医地质学检验提供了新的思路和方法，证明了 eDNA 分析在区分地质材料、研究地点以及比较模拟证据物品方面的可行性。这不仅有助于提高法医地质学的检验水平，还为未来的研究奠定了坚实的基础。不过，研究也存在一些局限性，比如实验仅在两个特定地点进行，可能无法推广到更广泛的地区；在统计分析中没有考虑同一笼子内样本的重复效应等。但这也为后续的研究指明了方向，未来可以进一步探索更多地点、不同类型的土壤和灰尘，以及优化实验设计和分析方法，从而更深入地挖掘 eDNA 在法医地质学中的巨大潜力。
