环境DNA（eDNA）技术近年来在生态学研究中迅速崛起，成为检测水体生物多样性的一种革命性方法。通过分析水样中的遗传物质，科学家可以快速、有效地识别鱼类、两栖动物、昆虫和微生物等生物的存在。不过，尽管eDNA技术提供了许多优势，例如无需直接捕捉生物个体，减少对生态系统的干扰，检测灵敏度高等，但其应用也面临着显著的局限性。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2024年8月22日，位于美国宾夕法尼亚州大学园的宾州州立大学（Penn State）宣布了一项获得美国国家科学基金会（NSF）资助的研究项目，该项目旨在研究eDNA在溪流中的运动和降解过程。由宾州州立大学农业科学学院的水生生态学助理教授丹尼尔·艾伦（Daniel Allen）领导的团队将与阿拉巴马大学和北德克萨斯大学的合作伙伴一起，通过一项为期五年的研究计划，探索环境DNA在溪流中的行为及其降解、沉积和运输的机制。研究项目总金额为195万美元。
图1 湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统，兼具水生和陆生环境的特征，为多种生物提供了多样的栖息地。摄影：Linda ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）环境DNA是一种由生物体释放到环境中的遗传物质，可以通过水样本来检测鱼类、两栖动物、昆虫和细菌等生物的存在。这项技术极大地改变了科学家对水体中生物多样性的检测方式。例如，它已被用于检测流入五大湖的水体中是否存在入侵的亚洲鲤鱼，以及萨斯奎哈纳河流域中的美洲鳗鱼和美国东部山区溪流中的大地蜥蜴（Hellbender）。然而，尽管该技术取得了快速发展并被广泛采用，科学家们对eDNA在自然界中的降解过程知之甚少，这给解释eDNA检测结果带来了巨大挑战。为了解决这个问题，艾伦及其团队将在全美24条溪流中进行研究，这些溪流都是国家生态观测网络（NEON）的一部分。NEON是一个包括陆地、水生、大气和遥感测量基础设施的综合网络，为科学界提供标准化、校准后的开放数据。研究团队将专注于控制eDNA命运的三种主要机制：降解、沉积和运输。
图2 湿地为众多动植物提供了栖息地、食物和繁殖场所，是生物多样性保护的重要区域。流动湿地水体更新速度快，能及时补充氧气和营养物质，有利于生物的生长繁殖。摄影：Linda ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）艾伦解释道，eDNA在下游流动过程中会经历降解、沉积和再悬浮等过程，这一系列现象被称为“eDNA螺旋化”。研究团队将测试水体化学成分和微生物群落如何影响eDNA的命运，并在NEON的溪流地点进行eDNA螺旋化实验。具体而言，研究团队将在阿拉巴马州的Mayfield Creek、德克萨斯州的Pringle Creek以及宾州州立大学附近的Shale Hills关键区观测站的Shaver’s Creek等地点，开展eDNA的螺旋化实验，以研究不同物种的eDNA在溪流中是否有不同的持久性。此外，研究还将考察eDNA颗粒大小是否会影响其在溪流中的运动指标。为了测试这些假设，研究团队将向美国各地的溪流中释放一种新的eDNA来源，并追踪其在溪流中的传播距离。他们将采用一种商业鱼类作为eDNA的来源，该鱼类在这些溪流中不存在，从而能够准确地追踪eDNA的扩散和降解情况。除了基础研究外，研究团队还将参与NSF资助的Emerge项目。该项目旨在通过培训本科生、研究生和早期职业科学家来扩大淡水科学领域的参与度，特别关注来自弱势群体的科学家。研究团队计划在参与研究的三所大学举办关于DNA生物信息学的面对面工作坊，以帮助参与者掌握数据分析和可视化技术。
图3 流动的水体为鱼类提供了丰富的食物和产卵场所，许多鱼类洄游产卵都需要依赖河流湿地。摄影：Linda ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）艾伦表示，这样的创新性研究正是他加入宾州州立大学的原因之一。宾州州立大学在基因组学和DNA研究方法方面拥有强大的实力，并配备了必要的设施和设备支持，如基因组核心设施和生命科学学院的一体健康微生物组中心等。这些资源使得艾伦能够建立一个全新的实验室，专注于利用DNA分析技术开展环境研究。通过这一研究项目，科学家们希望能够深入了解环境DNA在溪流生态系统中的行为模式和命运，为未来的环境保护和生物多样性研究提供重要的数据支撑和理论依据。此前，2024年6月初，美国发布了一份重要的文件《美国国家水环境DNA战略》（NATIONAL AQUATIC ENVIRONMENTAL DNA STRATEGY）。该文件由国家科学技术委员会的环境委员会下属的海洋科学与技术分委员会的生物多样性跨机构工作组的eDNA任务团队编写，并由白宫科学技术政策办公室发布。作为一份由美国白宫科学技术政策办公室发布的战略性文件，该文件旨在利用环境DNA（eDNA）技术来推动水生生物多样性监测和保护。这份文件由10个联邦机构共同参与编写，涵盖了对国家优先事项的支持、战略需求、目标和行动计划。这份《美国国家水环境DNA战略》被认为是“标志着eDNA技术在监测和保护水生生物多样性方面的重要进展”。THE END本文仅代表资讯，不代表平台观点。供参考。编译 | 昆山编辑 | Sara排版 | 绿叶1. PSU官宣https://www.psu.edu/news/research/story/195m-nsf-grant-fund-novel-study-environmental-dna-fate-streams/2. 美国eDNA战略：生物多样性监测的革命性技术，如何全面改变自然资源管理？https://mp.weixin.qq.com/s/fIQW7rN0jwkqC4DG0oi5vw3.《美国国家水环境DNA战略》正式发布， 10大联邦机构携手共促生物多样性监测https://mp.weixin.qq.com/s/51ggxArCjG218UMoJ7w7FA
