水域密码：西西里三湖eDNA首次勾勒脊椎生命图谱

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“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，Animals 期刊在2023年11月28日发表了一项由Manuela Mauro等人完成的研究，题为《环境DNA：西西里三个湖泊脊椎动物多样性的首次快照》。该研究采用了环境DNA（eDNA）评估技术，首次在Sicily地区的Lake Poma、Piana degli Albanesi Lake和Lake Scanzano三个湖泊中，揭示了脊椎动物多样性的全貌。

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这三座湖泊位于意大利巴勒莫省，湖光山色映衬下，Lake Poma 静卧于Partinico，其美丽边缘长达11.1公里。Lake Scanzano则安静伫立于Piana degli Albanesi，海拔606米的高处，湖岸线延绵16.6公里，如一幅自然画卷。而Piana degli Albanesi Lake 则宛如一颗璀璨的明珠，坐落在518米的高地，湖水镶嵌在Piana degli Albanesi和Monreale之间，它的湖岸线长达7.6公里。这三个湖托举着一片片宁静的湖光山色，成了意大利巴勒莫省自然湿地景观中的瑰丽明珠。

西西里三湖eDNA
揭秘淡水生态奥秘

淡水生态系统对全球生物多样性具有重要意义，但面临着人类活动带来的挑战。所以，为监测这些湖泊的生物多样性，环境DNA评估方法是一种有利工具，通过分析生物释放到环境中的DNA来进行监测。

在西西里的Lake Poma、Piana degli Albanesi Lake和Lake Scanzano进行的环境DNA（eDNA）研究首次揭示了这三个湖泊的脊椎动物多样性状况。这项由意大利巴勒莫大学的研究团队完成的研究不仅提供了这些湖泊的第一份脊椎动物多样性快照，而且还强调了eDNA作为评估环境生态学的有用工具。

上图：进行eDNA评估的西西里湖泊。途中列出了不同的土地利用类型（Corine生物群落；Regione Siciliana的HABITAT 1:10.000″地图），并结合了每个湖泊周长的1公里缓冲区，列出了它们的面积（单位：公顷）。

淡水生态系统在维护全球生物多样性和为地球上各种生命形式提供无价的商品和服务方面发挥着关键作用。然而，由于人类活动的影响，这些环境正在发生重大变化。了解这些地点的生物多样性对于保护环境至关重要，而使用环境DNA评估这一多样性正变得越来越重要。

在Sicily地区，对淡水环境中物种的了解目前相对有限，缺乏详尽的脊椎动物多样性信息。因此，该研究专注于三个湖泊，旨在通过eDNA技术获取这些湖泊中脊椎动物多样性的初步信息。这个研究团队采用环境DNA代谢条码技术，首次在Lake Poma、Piana degli Albanesi Lake和Lake Scanzano进行了实验。结果显示，通过使用eDNA，他们成功提供了这三个湖泊中脊椎动物多样性的第一印象。这对于创造这些湖泊多样性知识基线至关重要。

eDNA样本的代谢条形码分析由IGA Technology Services s.r.l.完成。PCR扩增分两步进行，首先使用引物扩增12S rRNA区域的106 bp。然后进行索引PCR，测序使用Illumina MiSeq 2 × 300 bp平台。基于环境DNA的元条形码序列经过一系列生物信息学处理，包括质控、去嵌合体、去引物、去噪和分组。最终，进行了丰富度和多样性指数的计算，以及湖泊间物种的相似性比较。

饼图（以百分比表示），展示了在Poma湖鉴定出的分类序列。Mauro, M.等人

饼图（以百分比表示），展示了在Piana湖鉴定出的分类序列。Mauro, M.等人

饼图（以百分比表示），展示了在Scanzano湖鉴定出的分类序列。Mauro, M.等人

通过eDNA技术分析，三个西西里湖泊的平均片段读数分别为124,781、99,534和106,403。研究在从门类到种类水平进行了丰富的分类学鉴定，主要以目的水平获得最全面的结果。结果展示了每个湖泊中各目的片段数量，为深入了解湖泊生态系统的差异和相似性提供了可视化。通过对数据的详细清理和处理，研究揭示了湖泊间脊椎动物多样性的分布情况，为未来的生态学研究提供了宝贵的基础数据。

使用eDNA分析在Poma湖（左）、Piana湖（中）和Scanzano湖（右）检测到的水生物种。结果以获得的DNA片段的百分比表示。Mauro, M.等人

通过eDNA分析在Poma湖（左）、Piana湖（中）和Scanzano湖（右）检测到的其他野生物种。结果以获得的DNA片段的百分比表示。Mauro, M.等人

通过eDNA分析在Poma湖（左）、Piana湖（中）和Scanzano湖（右）检测到的海洋物种。结果以获得的DNA片段的百分比表示。Mauro, M.等人

此外，研究还发现，由于某种人为污染，这些湖泊中还检测到了海洋物种。这表明环境DNA不仅可以提供多样性信息，而且还可以用于评估环境的生态学状态。

eDNA技术的广泛应用已经在生物监测领域带来了革命，在淡水生态系统中尤为如此。相对于传统的形态学鉴定方法，eDNA技术更加高效，不仅提供了大规模的空间分辨率，而且具有高质量的生物监测水平。

这项研究突出了环境DNA作为评估淡水生态系统生物多样性和生态学状况的有力工具的潜力。同时，将eDNA技术与传统方法结合使用，可能会为对生态系统进行更全面的了解提供帮助。

在环境科学中，对淡水环境物种的了解目前仍然高度零碎。这项研究强调了通过eDNA技术对淡水环境进行监测的必要性，为淡水湖泊的保护和管理提供了新的手段。通过该技术，研究人员不仅可以迅速识别物种，还可以更全面地了解淡水湖泊中动植物群落的组成。

通过eDNA分析鉴定的物种。记录了每个物种在每个湖泊中的平均最终片段读数。还记录了每个湖泊和每个类别的清理频率的总数。Mauro, M.等人

尽管这项研究取得了一些令人满意的结果，但研究人员强调了淡水湖泊的生物多样性监测仍然是一个复杂的挑战。未来的工作将需要更广泛的样本和更精细的分辨率，以更全面地揭示淡水湖泊生态系统的复杂性。

这项研究不仅对淡水生态学领域产生了积极影响，而且为全球环境监测提供了一种新的、高效的方法。在这篇研究的结论部分，强调了环境DNA技术在监测淡水生态系统中的潜在重要性，认为它可以作为传统方法的有效补充，结合使用可以更全面地了解生态系统。

 【思考题】学而时习之

Q1: 湖泊中的环境DNA技术对于脊椎动物多样性的初步研究显示了哪些潜在的应用领域？在淡水生态系统管理和保护方面，该技术可能带来哪些创新的解决方案？

Q2：相较于传统的生物多样性监测方法，基于环境DNA的评估技术，在湿地/湖泊生态系统研究中有何优势？这些发现对于未来淡水生态学研究和保护实践有哪些启示和指导意义？

Q3：文章指出：淡水生态系统正经历由人类活动引起的巨大变化，如土地开发、水污染、城市化和工业化等；由于传统的形态学鉴定方法成本高、耗时，因此引入eDNA评估技术成为监测生物多样性的一种创新方法。确实，环境DNA技术在淡水生态系统研究中的应用虽然有许多优势，但也面临一些挑战。在湖泊脊椎动物多样性评估中，你认为eDNA技术存在哪些潜在的局限性？如何处理“噪音”问题？这些不足之处可能如何影响我们对生态系统的准确理解？

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编译 | 王芊佳

审核 | 绿茵

排版 | 绿叶

【海湿·往期相关报道】

• 7.环境D就UNESCO 在宁格罗海岸进行世界遗产海洋遗址环境DNA采样
  

【参考链接】

研究全文参见：Mauro, M.; Lo Valvo, M.; Vazzana, M.; Radovic, S.; Vizzini, A.; Badalamenti, R.; Hornsby, L.B.; Arizza, V. Environmental DNA: The First Snapshot of the Vertebrate Biodiversity in Three Sicilian Lakes. Animals 2023, 13, 3687. https://doi.org/10.3390/ani13233687

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