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海洋生物种群预测有了新方法

2020-12-28 中国科学报 徐锐
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  R/V“海狼”号船员在一次拖网调查中统计鱼的数量,环境DNA可能是改进这些调查的一种高效方法。图片来源:MONMOUTH UNIVERSITY URBAN COAST INSTITUTE

  估计海鱼数量是一件很辛苦的差事,不仅要在潮湿、寒冷的环境中完成,而且统计的数目也不精确。调查过程中研究人员通常会在船尾拖一张大网计算和测量渔获量,以此来衡量鱼群的动态数量。

  但拖网调查仅能提供鱼类数量的粗略指标,且调查过程中每天的花费达数万美元。因此,许多研究人员希望,对漂浮在海水中的环境DNA(eDNA)片段进行取样,这样或许可以改进调查工作,并将其扩展到船只和拖网无法进入的地方,比如珊瑚礁、风力发电场等敏感地,以及对重型渔网来说危险重重的海底岩石。

  近期发表于《国际海洋勘探理事会海洋科学杂志》的一项大型研究增强了人们对eDNA成为检测鱼类丰度可靠指标的信心。但在将这项技术付诸实践之前,还需要进一步的研究。

  eDNA来自生物的唾液、角质层、黏液等,或者生物死亡腐烂分解后的细胞。这些DNA片段在水中会保持几天或更长时间,它们可以提示研究人员某个特定物种的存在。由于DNA片段在水中旋转和漂流,所以一个小样本可以揭示哪些鱼类栖息在湖泊、河流或海洋环境中。例如,这项技术可以显示一种濒危物种是否存在于源头河流中,或者一种入侵鱼类是否到达了一个新湖泊。

  但是渔业管理者还希望知道一个物种个体的数量,以便设定可持续捕捞限额,而通过eDNA获取这样丰富的资源并非易事。

  美国洛克菲勒大学环境科学家Jesse Ausubel帮助组织了这项新研究,在他看来,这是一个非常难解决的问题。因为一定量的DNA难以反映鱼的具体大小和数量,并且由于DNA降解缓慢,留下DNA片段的鱼也有可能早就不见了。

  一些研究人员试图通过将DNA样本与拖网调查相关联来解决这些问题。结果好坏参半。去年,法罗海洋研究所化学海洋学家Ian Salter领导的一个研究小组发现,某个地点eDNA和拖网捕鱼之间的匹配率约为80%,它们都表明当地大西洋鳕鱼数量最为丰富。但另一个在波罗的海工作的小组发现,eDNA和拖网捕鱼估计的其他几种鱼类物种丰度结果相似性要少得多。

  而最新工作来自洛克菲勒大学、蒙莫斯大学和新泽西州海洋渔业局的合作研究,他们研究分析了一艘在2019年全年进行拖网捕鱼的研究船收集的数十个水样的DNA。

  研究小组在其中检测到了99种鱼类DNA,一公升海水中发现的鱼类数量与拖网捕鱼的数量相当,而拖网捕鱼的样本为6600万公升。

  总的来说,研究小组发现eDNA记录的物种丰度与拖网渔船估计的物种丰度有70%的匹配度。不过研究小组只能评估物种之间的相对丰度,而不是水中的绝对丰度。

  研究人员表示,如果能够解决诸如DNA降解率和物种变异等关键问题,估计eDNA测量物种丰度的标准程序可能在本世纪末或更早出台。但目前仅靠eDNA还无法提供鱼类年龄、大小和性别的信息,而生物学家需要这些信息来预测种群变化。这意味着eDNA不会完全取代拖网调查,至少短期内不会。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1093/icesjms/fsaa225

打印 责任编辑:张芳丹
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