环境DNA技术让生态监测更更精准

想知道一片水域里有多少鱼，不用撒网捕捞，只需取一瓢水就能算出？近日，上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心李晨虹团队在国际知名期刊《分子生态资源》上发表封面文章，为环境DNA(eDNA）定量技术的应用提供了新思路，未来或可让生态监测像“查指纹”一样高效。

“我们常说，‘雁过留痕’，凡是生物存在过的地方就会留下它们的痕迹。同样，鱼游过也会在水中留下DNA‘痕迹’。”李晨虹解释，eDNA是指生物体释放至体外环境（包括水体、土壤、空气等）中的 DNA 片段。其来源广泛，一方面源于生物皮肤、鳞片受损导致的细胞脱落，另一方面则来自生物在呼吸、排泄、繁殖等正常生理活动中释放的 DNA。

借助eDNA进行生物监测，是一种高效、灵敏且对生物无损伤的技术手段，在生物多样性评估、濒危物种保护以及入侵生物监测等领域展现出了巨大的应用潜力。特别是在实施长江“十年禁渔”等大规模生态保护举措的背景下，传统渔业调查方法受到一定限制，而环境友好型的eDNA技术则凸显出其独特的优势和重要性，为生物资源与生态环境研究提供了有力支持。

但长久以来，eDNA技术一直有个“痛点”：它能判断“有没有鱼”，却很难说清楚“有多少鱼”。“从生物自身的生理活动来看，生物的活跃程度、疾病损伤、摄食和繁殖等生理活动会直接影响eDNA 产生的速率；而从环境因素方面考虑，温度、水化学性质、水文条件等因素又会对eDNA 的扩散和降解过程产生影响。”李晨虹介绍，直接依据eDNA 浓度来估算环境中物种数量或生物量，其效果往往不尽如人意，难以获得准确可靠的定量结果。

为了解决这一难题，李晨虹带领团队另辟蹊径。“换个角度思考，我们可以从基因序列差异的角度来探讨eDNA 与物种数量之间的关系。”李晨虹进一步解释，假设环境中仅存在一个个体，无论其释放的 DNA 浓度高低，其 DNA 序列都是固定的。当存在两个个体时，它们的 DNA 序列会出现一定程度的差异；若存在三个个体，序列差异则会进一步增大。“这就好比一家人的指纹各不相同，若在某地检测到10种不同指纹，就能推测至少有10个人来过。”李晨虹说。

值得注意的是，序列上的差异与个体数量之间的相关性并不会受到eDNA 浓度变化的影响，为eDNA 定量研究开辟了新的思路和方向，有望克服传统定量方法的局限性，提高eDNA 定量分析的准确性和可靠性。

而后，李晨虹带领团队通过模拟数据验证分离位点数量在eDNA定量分析中的可行性。“我们先用计算机模拟不同鱼群规模，发现‘差异点数量’与鱼的数量高度相关。”模拟成功后，李晨虹决定选用具有较高的遗传多样性，并且易于饲养的矛尾刺虾虎鱼开展进一步实验。结果证实，“差异点数”与鱼的数量匹配度显著高于传统DNA浓度法，且不受鱼是否进食、体型胖瘦的影响。

“我们团队开发的eDNA定量方法优势在于不受物种体型、摄食行为等环境变量的干扰，能够更加稳定、精准地评估目标物种的数量。”李晨虹笑着说，无论鱼在吃饭、休息，都不影响差异点数量，这就可以让生态监测更高效。这项研究的发现为eDNA技术的定量分析提供了一种新的思路，有望提升eDNA在物种监测、生态评估及生物多样性研究中的应用精度。