斯坦福大学 一个夜视摄像头捕捉到了这张照片，照片中的美洲狮正在斯坦福的贾斯珀山脊生物保护区的一条溪流中饮水
荣誉:贾斯珀里奇生物保护区 当狼在1995年回到黄石公园时，没有人想象食肉动物会通过对其他动物和植物的级联效应来改变国家公园的河流走向
现在，斯坦福大学开发的方法有望预测随着某些物种变得更加普遍或完全消失，生态系统的变化
在《生态学和进化前沿》中，这种快速、低成本的技术首次分析了动物粪便中留下的脱氧核糖核酸，以绘制出陆地系统中物种相互作用的复杂网络
它可以帮助重新定义我们所知的保护，识别其他难以找到的物种，并指导全球努力通过重新引入当地灭绝的物种来重建大片地区
“这不仅仅是因为我们可以快速捕捉一个地区的生物多样性，”该研究的主要作者、生物学博士乔丹娜·迈耶说
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斯坦福人文科学学院的候选人
“我们还可以量化物种间间接联系的程度，比如特定捕食者的行为如何影响一个地区的植被
这使我们能够衡量对系统至关重要或特别脆弱的物种的影响
" 就像物种的引入，如黄石公园的狼，会有广泛的影响一样，它们的消失也可能是毁灭性的，科学家很难预测
迈耶的工作主要集中在非洲野生动物上，他在刚果民主共和国亲眼目睹了这种影响
在那里，大型食草动物，如犀牛和大象的消失，导致了这些动物曾经吃草的曾经巨大的草原草原的缩小
文氏图展示了斯坦福的贾斯珀山脊生物保护区通过三种方法记录的物种:照相机捕捉器、分析留在土壤中的遗传物质和留在动物粪便中的遗传物质
信用:迈耶斯等人
/生态学和进化前沿 随着人类对野生环境影响的加速，有效的保护和生态系统管理将需要更加快速、廉价和非侵入性的技术来捕捉生物多样性的变化和量化物种间的相互作用
最有前途的工具之一是研究遗留动物材料中的所谓环境DNA，如毛发和皮肤
在提取出脱氧核糖核酸后，科学家们对其进行测序，并将其与在线数据库进行比较，以识别某个地区存在的生物
与传统方法相比，这是一个相对快速、低维护的过程，例如捕捉活体、跟踪动物和捕捉摄像机
在斯坦福大学占地1193英亩的贾斯珀山脊生物保护区，研究人员利用他们的技术分析了食肉动物如美洲狮、杂食动物如灰狐和食草动物如黑尾鹿的粪便
通过识别这些动物饮食中的脱氧核糖核酸，研究人员构建了一个非常详细、数据丰富的食物网，并与其他动物调查和保护区的长期相机陷阱研究进行了比较，准确地捕捉到了该地区的生物多样性
除了其他惊喜之外，新的分析揭示了捕食者级联对植被的间接影响，并使研究人员能够准确地确定捕食者是如何相互竞争的
这些结果得到了过去七年在贾斯珀山脊收集的相机陷阱数据的证实，在这些数据中，生态系统中的顶级捕食者——美洲狮的回归导致了鹿和郊狼数量的下降
没有了它的土狼竞争对手，这只以前罕见的灰狐狸回到了贾斯珀里奇
灰狐比郊狼更依赖植物，即水果和种子
因此，灰狐数量的增加会导致保护区内水果植物的分布和数量的改变，因为种子在被哺乳动物消化后通常保持活力
有了这种类型的知识，管理者可以预测动物和植物群落变化的影响，进而为与保护相关的决策提供一个框架
研究人员从动物粪便中收集的脱氧核糖核酸还鉴定了保护区内未知的植物和动物物种，为入侵物种提供了早期预警
斯坦福贾斯珀山脊生物保护区一只美洲狮的照相机陷阱图像
荣誉:塞勒·佩拉尔塔-拉莫斯 “我们对这种方法感到兴奋，因为它不仅有助于我们理解物种如何以及为什么在保护区生存，而且还有助于我们理解动物是否能够利用非本地植物和动物物种，”该研究的资深作者伊丽莎白·哈德利说
斯坦福大学人文科学学院环境生物学教授比利·阿基里斯
哈雷的实验室在美国率先开展了对遗留和古代基因的研究
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、南美和印度
这些方法可以帮助重建保护区，让研究人员模拟生态系统在某些物种被重新引入之前会如何对它们做出反应
例如，在将非洲狮重新引入非洲受保护地区之前，科学家可以首先研究这些地区的生物多样性和连通性，并预测狮子如何影响猎物数量以及它们可能在整个生态系统中引发的其他连锁效应
研究人员计划在非洲的保护区扩大他们的模型，以帮助战略适应性管理和重建战略
“我希望像这样的技术可以帮助我们在全球范围内保护和监控自然空间，”迈耶说
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