环境DNA揭秘内华达山脉生物多样性！多方法论在溪流恢复规划中的应用
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环境DNA技术如何帮助科学家们在溪流中发现目标物种？这些发现，又如何帮助制定政策？“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2024年6月21日，《科学报告》期刊发表了一项开放获取的研究，由来自美国华盛顿州立大学环境学院的A. J. Adams等人完成。这项研究探讨了如何利用环境DNA和多方法论来规划溪流生态恢复。该研究通过全面的环境DNA和视觉调查，评估了两个优先级较高的流域内本地和非本地水生物种的分布，旨在解决在恢复规划中存在的关键不确定性，如威胁分布和现有种群状态。随后，研究团队利用这些数据制定了潜在的保护行动方案和决策框架，以帮助一种濒危的脊椎动物——山麓黄腿蛙（英文名foothill yellow-legged frog, 拉丁学名Rana boylii），在动态的溪流系统中得到有效保护。
该研究涉及到的山麓黄腿蛙，又称加州山蛙，是一种小型、色彩鲜艳的蛙类，原产于美国加州和内华达山脉的太平洋沿岸地区。它们体长约2-5厘米，背部呈棕色或橄榄绿色，带有深色斑点，腹部呈白色或奶油色。山麓黄腿蛙主要生活在溪流、湖泊和池塘等淡水环境中，以昆虫、小型无脊椎动物和其他小型动物为食。山麓黄腿蛙曾经是加州和内华达山脉常见的两栖动物，但近年来数量急剧下降，目前已被列为美国濒危物种。
上图：山麓黄腿蛙（英文名foothill yellow-legged frog, 拉丁学名Rana boylii）。摄影：Rebecca Fabbri 图源：美国鱼类和野生动物管理局（FWS）
我们知道，全球范围内，为了减少生物多样性损失，越来越多地采用物种迁移、重引入的方法。然而，这些努力常常面临规划不足、以及不确定性的挑战。研究表明，高质量的种群状态和威胁信息，可以优先考虑物种的重新引入和恢复工作，从而提高保护成效。通过结合多种方法，如环境DNA和视觉观察调查，管理者和保护科学家就能够在规划过程中融合保护科学和特定场地知识，以增加实现保护目标的可能性。
在美国南内华达山脉，山麓黄腿蛙作为一种生活在溪流中的物种，其数量急剧下降，已被列为濒危物种。这些物种的生存面临疾病和非本地水生掠食者的威胁，如美国牛蛙和多种淡水小龙虾。研究显示，这些掠食者可能成为山麓黄腿蛙病原菌的潜在宿主，对其生存构成严重威胁。在这一背景下，通过移除非本地掠食者和推行保护性迁移政策，已经在一些内华达山脉水域中取得了显著效果，为今后的物种重新引入和生态恢复工作奠定了基础。
环境DNA作为一种新兴技术，通过检测水中和其他基质中的微量DNA，能够高效监测水生野生动物物种。其低成本、无损伤性、简单的野外采集和快速处理样本的特性，使其尤为适合于监测侵入性、隐蔽、稀有或假定灭绝的物种。在这项研究中，环境DNA技术不仅能检测山麓黄腿蛙的存在，还能帮助确定潜在的恢复地点和恢复潜力，为目标性清除侵入性水生物种和监测其重新建立提供了有效手段。
（上图：2020年6月至9月（绿色）和2021年（蓝色）在美国加利福尼亚州南内华达山脉进行的调查断面地图。图源：Adams, A.J.等人）
在对南内华达山脉的动态溪流系统进行广泛调查后，该研究团队发现了一些惊喜的结果。他们共检测了57个调查点和186公里的溪流，通过367个环境DNA过滤器过滤了2690升水，此外还包括76个现场空白样本。
该研究显示，山麓黄腿蛙（Rana boylii）在11个调查点被发现，并且在其中5个点与牛蛙、小龙虾或两者同时存在。然而，在57个调查点中的31个点未检测到这些物种，这占了总数的54%。环境DNA样本收集期间的溪流平均温度为18.16°C。
关于致病性真菌——蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis，简称Bd）的检测，研究团队在2020年的一次采样中仅在土鲁门02点的一个过滤器中检测到；而在2021年，他们在两条不同溪流的11个山麓黄腿蛙体内检测到了Bd。然而，一些样本由于抑制剂的存在而难以检测到强烈的Bd信号。这些结果表明，Bd的分布可能受到时间和空间的影响，对其感染动物的检测在激流系统中可能较为困难。
针对石斑龟（Actinemys marmorata），研究团队发现它与山麓黄腿蛙在多个溪流中频繁共存，表明一些站点可能是比较完整的生态系统。此外，环境DNA检测方法比视觉调查更为灵敏，这为石斑龟的检测提供了更好的手段。
研究团队还利用环境DNA技术和视觉遭遇调查结合的方法，成功检测到牛蛙和小龙虾的入侵迹象，这对于保护山麓黄腿蛙所占溪流至关重要。此外，他们开发的决策支持工具能够帮助管理者根据物种占有情况和特定标准优先考虑行动，为未来的管理决策提供了有力的支持。
换句话说，这项研究在南内华达山脉应用多方法论解决了生境恢复和山麓黄腿蛙（Rana boylii）重新引入中的不确定性问题。结合环境DNA和视觉调查的数据，制定了决策框架和优先考虑的本地恢复行动，以直接指导决策过程。这一综合方法为达成保护目标提供了科学依据和实用工具，对于今后的保护实践具有重要的借鉴意义。感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：
Adams, A.J., Kamoroff, C., Daniele, N.R. et al. From eDNA to decisions using a multi-method approach to restoration planning in streams. Sci Rep 14, 14335 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-64612-5
蛙壶菌
蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis）是一种寄生性真菌，主要感染蛙类和其他两栖动物。它引起的病害称为“壶菌病”（chytridiomycosis），对全球的两栖动物种群造成了严重威胁。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，维基百科的信息显示， 壶菌病与北美洲西部、中美洲及澳洲东部多种两栖类数量大幅下降或灭绝有关，全世界约30%的两栖类都受到这病的影响。壶菌病能够造成两栖类零星的死亡甚至完全灭绝，现时在野外并没有有效的控制方法。
石斑龟
石斑龟（Actinemys marmorata）是一种原生于北美洲西部的淡水龟类，广泛分布于从加利福尼亚州到华盛顿州的太平洋沿岸地区及内陆水域。它们通常生活在慢流的溪流、河流和湖泊中，偶尔也会出现在稻田或沼泽地带。石斑龟以其背部具有不规则的深色斑块而得名，背部的颜色可以因栖息地和个体差异而有所不同。它们的食物主要包括水生植物、昆虫、小型水生动物和鱼类的幼虫，属于杂食性动物。
在这篇研究中，之所以涉及到石斑龟，是因为石斑龟跟山麓黄腿蛙在调查的溪流中频繁地共存着。石斑龟作为一种本地的龟类物种，与山麓黄腿蛙有着生态习性上的重叠，也就是说，它们在同一生境内生活或共享资源。所以，这个研究团队通过检测石斑龟的环境DNA或通过视觉遭遇调查，来评估一些站点的生态完整性，并且表明这些站点可能适合于山麓黄腿蛙的重新引入和恢复。这种共存关系有助于指导保护管理措施，使这项研究得出的结论能更具综合性和生态学意义。
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整理 | 王芊佳（编译）
审核 | LYJ
排版 | 绿叶
【参考资料】
https://www.fws.gov/species/foothill-yellow-legged-frog-rana-boyliihttps://www.fws.gov/press-release/2023-08/foothill-yellow-legged-frog-receives-esa-protections联系小编/投稿/授权：
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