将环境DNA宏条形码技术与遥感技术相结合，揭示了一个世界遗产区域内已知和新的鱼类多样性热点区域

《Diversity and Distributions》：Integrating Environmental DNA Metabarcoding and Remote Sensing Reveals Known and Novel Fish Diversity Hotspots in a World Heritage Area

本研究整合环境DNA metabarcoding与高分辨率遥感技术，评估澳大利亚鲨鱼湾鱼类生物多样性及环境驱动因素。通过分析270个水样和卫星数据，揭示了5种鱼类群落（A-E），其分布与深度、盐度、海草覆盖等环境变量显著相关。模型显示海草覆盖与深度负相关，沙/泥比例和盐度正向影响物种丰富度。该方法为动态海岸生态系统提供了高效监测框架，助力气候变化下的生物多样性保护。

　　在本研究中，我们聚焦于西澳大利亚鲨鱼湾这一联合国教科文组织世界遗产地，该地区因其丰富的生物多样性和独特的生态系统而具有重要的生态价值。然而，由于鲨鱼湾复杂的地理环境和动态变化的海洋条件，其鱼类生物多样性在微尺度上的分布仍缺乏深入研究。为了解决这一问题，我们采用了环境DNA（eDNA）宏条形码技术与高分辨率遥感数据相结合的方法，旨在评估和预测鱼类多样性模式，为动态海岸生态系统提供一种可扩展的生物多样性监测框架。这一方法不仅有助于提高监测效率，还能够更全面地揭示不同环境因素对鱼类分布和丰富度的影响，从而支持全球范围内的海洋保护和管理策略。

鲨鱼湾的生态环境非常复杂，包括浅滩、沙地、海草床和深水通道等多种生境类型，这些环境特征对鱼类的分布和多样性具有显著影响。同时，该地区面临气候变化带来的挑战，例如海洋热浪的频繁发生，这些事件对海草床等关键生态系统造成了严重影响，进而影响了整个食物链的稳定性。因此，研究鲨鱼湾的鱼类生物多样性对于理解生态系统如何应对环境变化至关重要。传统方法，如拖网捕捞、渔获报告和鱼陷阱等，虽然在一定程度上提供了鱼类多样性的信息，但往往受到采样范围和方法的限制，难以全面反映微尺度上的生物多样性差异。

eDNA宏条形码技术能够捕捉到鱼类释放到环境中的遗传物质，从而实现对鱼类多样性的非侵入式监测。与传统方法相比，该技术具有更高的效率和更广泛的适用性，尤其适合用于大规模、高分辨率的生态系统研究。通过分析270个水样，我们共识别出106种鱼类、132个属和71个科，这些结果与传统方法的记录有较高的重合度，但在更高分类水平上展示了更广泛的多样性。此外，我们还发现了一些热带鱼类，这可能反映了全球变暖导致的鱼类分布向极地迁移的趋势。

研究中，我们利用机器学习模型对eDNA数据进行空间外推，从而能够将生物多样性模式扩展到未采样区域。这种方法不仅提高了数据处理的效率，还为生物多样性监测提供了及时的响应能力。通过将eDNA数据与遥感数据（如盐度、海表温度、海草覆盖度等）结合，我们能够识别出关键的环境驱动因素，这些因素包括盐度、深度、海草覆盖率以及生境类型。我们的分析显示，鱼类丰富度随着盐度的降低、海草覆盖率的增加以及深度的适度增加而提升，这表明不同生境类型对鱼类多样性具有显著影响。

为了进一步理解这些鱼类多样性模式，我们划分了五个不同的鱼类群落（A–E），其中群落C在深水通道中表现出最高的鱼类多样性。群落A和B分别对应于稀疏和密集的海草生境，而群落D则分布在开阔的沙质或沙泥质深水区域，群落E则在中等深度、中等盐度且无海草覆盖的区域。这些鱼类群落的划分不仅有助于识别关键的生态区域，还能够为保护策略提供科学依据。

此外，我们还分析了鱼类群落与不同鱼类属之间的关系，发现某些鱼类属与特定的鱼类群落有显著关联。例如，群落A中发现了多种与海草生境相关的鱼类属，而群落C则与深水通道的复杂生境密切相关。这些发现表明，不同的环境条件支持着不同的鱼类群落，这为制定针对性的保护措施提供了重要信息。

本研究的结果表明，eDNA宏条形码与遥感数据的结合是一种高效、可扩展的生物多样性监测方法。这种方法能够快速、全面地评估海洋生态系统中的鱼类多样性，并通过机器学习模型进行空间外推，从而支持全球范围内的生态管理和保护工作。此外，我们的研究还揭示了气候变化对鲨鱼湾鱼类分布和多样性的影响，这为未来的生态监测和保护提供了新的视角和工具。

总体而言，本研究不仅为鲨鱼湾的鱼类多样性提供了详细的分类和分布信息，还为全球其他敏感海洋生态系统提供了可借鉴的监测框架。通过整合多种技术手段，我们能够更准确地识别和预测生物多样性变化，从而为应对气候变化和人类活动带来的生态压力提供科学支持。未来的研究可以进一步优化这种方法，例如通过多深度采样来更精确地识别垂直方向上的鱼类分布模式，并结合水动力模型来更全面地理解eDNA的扩散和分布规律。这将有助于更深入地揭示海洋生态系统的动态变化，为全球范围内的生物多样性保护提供更有力的工具和方法。