El 环境DNA（eDNA）正在彻底改变我们研究海洋生态系统的方式。得益于这项技术，现在无需亲眼观察或捕捉，就能知道哪些物种曾途经某个区域。只需采集水样，提取其中的遗传物质，然后用高精度的分子工具进行分析即可。
就海洋而言，环境DNA已成为一种 用于监测鲸类和其他海洋生物的尖端工具尤其是在传统方法难以取样的超大面积区域。从大型国际项目到专门研究水生生物多样性的实验室，越来越多的项目正依靠这项技术来改善海洋环境的保护和管理。
什么是环境DNA？如何从海洋中提取环境DNA？
当我们谈到环境DNA时，我们指的是…… 生物体留在环境中的DNA 通过皮肤细胞、粪便、黏液、组织碎片、鳞片，甚至是游泳时脱落的微小碎片，这些遗传物质会残留在水、土壤或空气中一段时间，如果采样方法得当，就可以收集到这些遗传物质。
在海洋生态系统中，最常见的程序包括： 收集几升海水并进行过滤。 目的是为了截留所有这些生物颗粒。细菌和浮游植物等微生物会被过滤器截留，但其他微量微生物也会被截留。 de peces仅凭肉眼很难发现的鲸类和其他海洋脊椎动物。
物料进入过滤器后，过滤过程就开始了。 在实验室提取DNA，并利用分子生物学技术进行扩增。例如PCR和元条形码技术。然后进行测序，并与参考数据库比对，以确定每个片段所属的物种。
这种方法会产生一个关键后果： 基因数据库的质量和广度决定了可以检测到哪些物种。如果某个物种的序列没有在这些数据库中注册，即使该物种实际上存在于所抽样的生态系统中，该物种也不会出现在结果中。
此外，环境DNA在解读方面也有其自身的特点： 在样本中发现某个物种的DNA并不总是意味着该动物处于那个确切的时间点。洋流可以输送遗传物质，可能发生交叉污染，甚至在捕食者的胃内容物中也能发现猎物的痕迹。因此，必须在海洋学和生态学的背景下分析环境DNA数据。
环境DNA相对于传统采样方法的优势
环境DNA分析之所以在海洋生态学工具箱中占有一席之地，是因为它提供了 与传统抽样方法相比，优势非常明显例如拖网捕捞、目测普查或直接捕获生物。
最重要的优势之一是它是一种 非侵入性方法无需捕捉、操控或伤害生物体，即可了解它们是否存在或曾经存在。这一点在研究受保护或濒危物种，或大型动物（例如鲸类）时尤为重要。
环境DNA也提供了大量信息 物种鉴定的客观性视觉方法很大程度上依赖于观察者的经验和训练，而将序列归类到物种则基于与基因数据库的比对。尽管这些数据库仍在不断扩展和完善，但这一过程减少了与分类学专业知识相关的偏差。
另一个关键优势是它能够 探测稀有、隐秘或难以捉摸的物种 有些生物在目视采样或渔网捕捞中难以被发现。很少浮出水面、远离船只或在深水区活动的动物，会留下足够多的环境DNA痕迹，从而被检测到。
最后，eDNA促进了 探索难以到达的环境这种方法尤其适用于远离海岸、深海区域或传统方法成本高昂、风险大或效率低下的栖息地。通过合理的采样计划，可以在相对较短的时间内以适中的成本覆盖非常大的区域，使其成为一种极具前景且经济高效的海洋环境监测方法。
一项里程碑式的研究：利用环境DNA监测远洋鲸类
由……开发的作品 西班牙海洋研究所（IEO，CSIC）与海洋研究所（IIM-CSIC）这项发表在《海洋环境研究》杂志上的研究清楚地表明了环境DNA在研究远洋鲸类动物方面的潜力。研究重点在于将利用环境DNA获得的结果与传统目测调查的结果进行比较。
科研团队分析了 两种方法在不同空间尺度上的一致性从超大尺度到中等和更小尺度，数据表明，环境DNA在描述中等空间尺度上的鲸类多样性和分布方面尤为可靠，能够有效地补充船上观察员收集的信息。
这项研究最引人注目的一点是： 环境DNA技术使得探测到在考察期间未曾被发现的物种成为可能。其中包括虎鲸、长鳍领航鲸和特鲁氏喙鲸的记录，这些物种由于其行为、数量少或潜水模式，很容易在视觉横断面调查中被忽略。
与此同时，利用环境DNA获得的空间分布模式与目击记录基本吻合。 更常见的鲸类物种，例如长须鲸此外，该分析还提供了有关条纹海豚的新信息，由于其群体动态和水面行为，这种物种在视觉记录中经常被低估。
这一证据促使以米格尔·阿尔瓦雷斯为首的团队（作为其博士论文的一部分）将环境DNA（eDNA）作为一种重要的生物学证据。 鲸类监测的关键补充工具这项研究的应用对于稀有、难以捉摸或难以发现的物种尤其有趣，可以提高人们对这些物种的存在和分布的科学认识，并支持更有效的管理和保护策略，正如负责这项研究的研究员 Paula Suárez 博士所强调的那样。
SCANS-IV 任务：前所未有的太空覆盖
IEO 和 IIM-CSIC 的这项研究是在以下框架内进行的： 欧洲运动 SCANS-IV这是北大西洋鲸类动物监测领域规模最大的项目之一。该项目旨在获取这些海洋哺乳动物在广阔海域的数量和分布的可靠估算数据。
在SCANS-IV期间，收集了以下数据： 在覆盖270.684平方公里海洋表面的129个站点采集了258个水样这使得这项研究成为迄今为止应用于鲸类动物环境DNA研究的最大空间覆盖范围之一。每个样本都经过处理以提取和分析环境DNA，然后与目击数据进行比较。
收集到的数据量足以对以下内容进行相当详细的评估： 观察者观察到的模式与环境DNA揭示的模式相吻合这种多尺度方法对于理解两种方法在多大程度上相互补充，以及每种方法在多大程度上最具价值至关重要，无论是在大区域尺度还是在更局部的层面。
这项工作由……资助 生物多样性基金会通过 NuTEC 项目（用于评估鲸类种群的新型分子和远程控制技术）欧盟的下一代资金通过农业、渔业和食品部与西班牙国家研究委员会 (CSIC) 之间的协议拨付，以及 ESMARES 2 项目，旨在通过 IEO 在西班牙实施海洋战略监测，并由欧洲海洋、渔业和水产养殖基金 (EMFF) 共同资助。
这一整个资金和机构合作网络凸显了…… 环境DNA对海洋可持续管理的战略意义帮助加强国际治理，确保海洋环境在面临挑战时得到保护，保持安全和清洁。 塑料污染 并运用最先进的科学知识进行管理。
这一整个资金和机构合作网络凸显了…… 环境DNA对海洋可持续管理的战略意义帮助加强国际治理，确保海洋得到保护，成为安全、清洁的环境，并运用最先进的科学知识进行管理。
环境DNA在海洋生态系统和其他栖息地中的应用
虽然鲸类动物是一个非常显著的例子，但环境DNA也具有重要意义。 生态系统监测领域应用范围极其广泛这种方法已应用于海洋、淡水和陆地环境。许多实验室和专业公司已开展项目，以在各种不同的环境中最大限度地发挥其优势。
其中一句最有力的台词是： 生物多样性测定和生物群落特征描述通过环境DNA宏条形码技术，可以获得特定区域物种的“快照”，在一次分析中即可识别整个分类群。这有助于评估生态系统健康状况、检测物种组成变化以及研究气候变化对生物多样性的影响。
另一个关键应用是 早期发现外来入侵物种通过及早检测这些物种的存在，环境DNA（eDNA）能够帮助在这些物种扩散并造成重大生态和经济影响之前启动管理措施。像Eurofins Cavendish这样的公司已经开发出专门的方案来识别水体中的这些物种，从而有助于对潜在的生物入侵做出快速反应。
环境DNA也被用于研究 许多物种的饮食都以它们的粪便为基础。通过分析这些遗骸中所含的 DNA，可以相当详细地重建动物所吃的食物，这有助于更好地了解食物网、捕食者与猎物之间的相互作用以及海洋生态系统中食物资源可用性的可能变化。
最后，利用环境DNA进行分析 经典生物学指标的计算例如，将IBMWP（底栖大型无脊椎动物指数）或IPS（硅藻指数）等指标应用于分子层面。这类研究旨在验证基于环境DNA的指标在多大程度上可以替代或补充传统的底栖大型无脊椎动物或微藻物理采样方法，从而提高采样速度和空间覆盖范围。
Eurofins Cavendish 与应用分子生态学的兴起
在应用领域，诸如……之类的公司 Eurofins Cavendish 已将自身定位为环境 DNA 分析领域的领导者 用于物种检测和生物多样性研究。2023年，该公司成立了一家分子生态学实验室，重点研究环境DNA（eDNA），尤其针对水生生态系统。
这类实验室提供 为研究人员、保护组织和公共管理部门量身定制的解决方案他们的服务范围从设计采样活动和进行分子分析，到解释结果和编写对生物多样性规划或环境影响评估有用的报告。
这些球队的优势之一是他们的 严谨且基于证据的方法这得益于标准化的规程和严格的质量控制。这转化为可靠的结果，而可靠的结果对于环境管理决策、保护计划的监测以及海洋环境保护政策的制定至关重要。
此外，Eurofins Cavendish 和其他业内人士也为此做出了贡献。 开发和改进新的环境DNA方法通过调整这些方法，使其适用于不同的基质（海水、淡水、沉积物、空气）和不同的分类群。这样一来，该技术变得更加精确、高效，并能被越来越多的用户所使用。
对于有兴趣实施此类分析的机构而言，与专业实验室合作代表着一种 快速将环境遗传学纳入他们的项目无需自行搭建复杂的基础设施。这使得小型组织和大型机构都能更轻松地利用环境DNA技术。
推广的作用：了解实验室之外的环境DNA
环境DNA的快速扩张伴随着大量努力 科学普及和教育例如，美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 的大西洋海洋和气象实验室 (AOML) 制作了一系列名为“探索环境 DNA”的教育视频，这些视频可在其网站和 YouTube 频道上观看。
本系列文章用简单易懂的方式进行了解释。 什么是环境DNA？如何采集环境DNA样本？环境DNA有什么用途？以海洋为主要场景，展示了AOML开发的采样技术，介绍了实际的DNA提取活动，并阐述了与生物多样性、入侵物种和濒危物种相关的应用。
该项目涉及以下人员的参与： 研究生，例如来自迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋与大气科学学院的梅根·迪汉。曾在AOML完成科学传播实习的人员，以及来自NOAA和海洋与大气合作研究所（CIMAS）的科学家也参与其中。这类举措有助于拉近分子生物学与公众、教师和未来研究人员之间的距离。
对环境DNA基础知识的良好理解不仅有助于激发科学热情，而且…… 管理人员、技术人员和市民对这一工具的可能性和局限性有了更深入的了解。这样可以避免不切实际的期望，并促进在海洋环境管理中负责任和知情地利用资源。
实验室、行政部门、企业和民间社会之间的对话至关重要。 海洋保护和管理决策应以可靠数据为基础。 并根据具体情况采用相应的方法，而 eDNA 正在被配置为这种新的循证方法的支柱之一。
以上种种表明， 环境DNA已成为监测海洋生态系统的核心工具。该方法能够有力地补充传统方法，提高难以观察物种的检测能力，扩大采样的空间覆盖范围，并为海洋的保护和可持续管理提供关键信息，前提是它需要良好的参考数据库、可靠的规程以及在生态和海洋学背景下对结果的仔细解释。
