去除冰芯外层的外源物质以研究其内部封存的古代生物群落

冰冻圈为研究在以往环境条件下存留的生物提供了途径。本实验的总体目标是通过成功采集冰芯并去除其外源物质，揭示其中隐藏的生物多样性。该方法可通过鉴定从冰川冰和永久冻土中回收的生物，帮助解答有关特定历史时期的重要科学问题。

在野外采集无菌岩芯具有挑战性，因为极易引入污染。因此，该技术的主要优势在于污染去除可在受控的实验室环境中进行。本方案的可视化演示至关重要，因为刮除和去污染步骤可能较难掌握。

这实际上是一项需要两人配合的工作，因此特别需要极大的耐心和团队协作。本次操作将由我实验室的两名科研助理Karen Foley和Robert Jones进行演示。本实验方案要求极其严格的清洁环境。

将烤箱设定为 450 摄氏度，加热以下物品四小时：无菌无核酸的金属架、玻璃器皿、金属镊子和玻璃棉。使用厚铝箔包裹以防止再次污染。

接下来，使用 0.22 微米滤器对 85% 乙醇和超纯水进行过滤除菌。这些液体必须保持在 4 摄氏度或更低温度，否则会导致样本破裂，增加污染风险。将乙醇储存在 -20 摄氏度。

并将水储存在4摄氏度。然后，用70%乙醇对塑料尺进行灭菌，随后使用DNA去污染溶液和RNase去污染溶液处理。每种溶液使用后应立即擦拭干净。

然后将尺子存放在无菌、无核酸的Whirl-Pak自封袋中。接下来，准备冷室空间：先用1%次氯酸钠溶液擦洗墙壁、地面及其中的金属工作台，然后将室温调节至约-11 °C。

制备完成后，在进入冷室时应穿戴轻型防护服、腈类手套和口罩，以降低冷室或样品被污染的风险。该操作需两人协同进行。考虑到存在多次再污染的可能性，此过程可能具有挑战性。

为了确保成功，我们相互监督、保持沟通，并频繁更换手套。在准备好所有物品后，将已灭菌的材料和样品带入冷室，并放置在用漂白剂擦拭过的实验台上。其中包括准备好的粘质沙雷氏菌（S. marcescens）培养物。

首先，将冻土岩心置于预先准备好的铝箔纸上。接着，使用无菌泡沫塞蘸取稀释的粘质沙雷氏菌（S. marcescens）培养液，轻轻涂抹于岩心外表面。然后，将岩心放置在托盘上方的无菌金属支架上。

现在，使用70%乙醇、DNA去污染溶液和RNase去污染溶液对钢制切片刀进行无菌擦拭。接下来，研究人员A以相同方式清洁其腈类手套。然后，A将组织芯在托盘上方以45度角持握。

B 使用无菌刀片轻轻刮除整个岩心（包括两端）外侧约五毫米的物质，同时由 A 在每次刮取后转动岩心。根据需要，刀片必须用三种溶液重新清洗。接着，B 快速而小心地将过滤除菌的 95% 乙醇倒在岩心表面，同时由 A 转动岩心。

然后，用清水快速冲洗岩心。更换托盘上方的金属架，并将岩心置于新的支架上。操作人员A清洁其丁腈手套，然后将岩心放置在托盘上方的洁净支架上。

随后，B 使用 DNA 去污染溶液喷洒整个岩心，再用滤膜除菌水冲洗。接着，B 使用 RNase 去污染溶液喷洒整个岩心，再用相同的水进行另一次冲洗。最后，将岩心放入无菌 Whirl-Pak 袋中。

首先，在具有层流的生物安全柜中，将金属架放置于玻璃皿上方。然后将组织芯置于金属架上，使组织芯外表面约 2 至 5 毫米在约 10 分钟内解冻。

在此期间，每两分钟将岩心转动90度。解冻后，用镊子夹取少量玻璃棉，擦拭岩心整个表面以收集细菌。然后，用该玻璃棉接种两个培养皿。

接下来，使用直尺测量核心的外部尺寸，但不要触碰核心。同时，用先前用于接种核心外部的原始培养物再接种两个额外的培养皿，以验证接种物是否具有活性。然后，将核心转移至一个大的无菌袋中，并在负80摄氏度下保存。

将接种后的平板在23摄氏度下孵育一周，随后检查是否存在在此温度下呈红色的S. marcescens菌落。尽管本实验方案包含一系列关键步骤，但其中最重要的步骤之一是确认粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）的生长情况。若未观察到明显的S. marcescens菌落，则进入下一阶段的冻融操作。

如果存在粘质沙雷氏菌（S. marcescens）菌落，则从核心再刮取五毫米并重复该操作步骤。检查粘质沙雷氏菌是否从暴露于低温冷藏室温度条件下的原始培养物中生长出来。样品采自位于美国阿拉斯加福克斯（Fox）一处深110米的隧道中的冰层与永久冻土。

该隧道可进入富含冰的粉砂和冲积层。样品采集了三份重复样本。在新罕布什尔州的设施中，执行了所述的实验方案。

对从核心样品中培养的细菌进行了16S rRNA基因测序。其中以假单胞菌属（Pseudomonas）物种为主，但也存在与浮霉菌纲（Planctomycetia）相关的成员。尤其值得注意的是，粘质沙雷氏菌（Serratia）物种未被检出，表明去污染方案已充分去除了外源性DNA。

观看本视频后，您应能充分理解如何成功地对冰芯和永久冻土芯进行去污染处理。一旦掌握相关技术，若操作得当，可在30至45分钟内完成冷室中的样品处理步骤。在尝试该流程时，必须时刻注意您接触的所有物品及各个位置。

如有疑问，只需更换手套并重新灭菌。完成该步骤后，可进一步采用其他方法，如扩增子测序和宏基因组测序，以回答更多问题，例如该时间段内的物种组成是什么，或在这些环境条件下哪些功能特征占主导地位。