新的广泛采样方法极大地改变了我们对全球海洋生物多样性的认识

《PLOS Biology》：New extensive sampling transforms our understanding of global marine diversity

科学家对海洋生物多样性的了解仍然有限。新研究通过全球环境DNA（eDNA）采样发现，eDNA能显著扩展鱼类物种分布的认知边界，93%的物种出现新的地理记录，尤其在难以到达的区域。该成果揭示了海洋生物多样性评估的不足，并指出需加强国际合作和多样化采样方法。

　　

科学家对海洋生物多样性的了解仍然非常有限。发表在《PLOS Biology》上的一项新研究通过前所未有的全球环境DNA（eDNA）采样，揭示了我们知识的空白，并指明了未来的研究方向。

海洋环境非常广阔。尽管科学界为解开其奥秘付出了巨大努力，例如通过跨国合作进行数据整合（[参考文献1, 参考文献2]），但我们实际上还只是触及了表面。Sanchez及其同事在《PLOS Biology》上发表的一项研究总结了一项为期6年、跨越全球最偏远海域的庞大采样工作（[参考文献3]）。这些新数据极大地扩展了我们对大多数海洋鱼类地理分布和环境认知。了解海洋物种的分布情况对于预测海洋生态系统如何应对气候变化、栖息地改变和渔业开发至关重要。

大多数描述物种分布的全球研究基于大量观测数据（如GBIF和OBIS），这些数据来自科学考察、国家生物多样性数据中心和公民科学项目等多种来源。尽管这些来源可能存在偏差，未能充分代表某些地区和特定栖息地（例如远洋区域和深海层[参考文献4]），但在实践中几乎没有其他替代方法。近年来，环境DNA（eDNA）作为一种新的技术应运而生，可以以最小的干扰准确估计物种的存在。eDNA利用生物体释放到海水中的遗传物质来识别它们的存在。通过从海水样本中过滤和提取DNA片段，研究人员无需直接捕捉生物体就能确定其存在。然而，这种技术能在多大程度上改变我们对海洋多样性的认识，目前仍不清楚。

Sanchez及其同事[参考文献3]进行了迄今为止空间范围最广的eDNA采样工作。在6年的考察期间，他们在全球最偏远的角落收集了近千个eDNA样本——从热带岛屿到极地海洋。这些新数据使他们能够将以往对全球鱼类分布的了解与这种新兴方法得出的结果进行比较（[图1]）。作者展示了即使在用其他方法广泛研究过的地区，eDNA也能用于发现新的物种记录。这些新记录属于通常较为稀少且体型较小的物种（隐底栖生物），因此传统采样方法难以发现它们。此外，作者还在许多全新的地点发现了新的物种记录。事实上，超过93%的物种的新记录显著扩展了我们对它们分布范围的估计（新发现的位置使物种的栖息范围至少增加了10公里）。这些新记录涵盖了各种类型的物种——无论是常见的还是稀有的，体型小的还是大的。

• PPT
  PowerPoint幻灯片
• PNG
  大图
• TIFF
  原始图片

图1. 说明广泛采样如何有助于更准确地估计物种地理分布并发现新物种。

(a) 基于现有记录（红色，用黑点表示）推断出的物种分布范围，通过全球范围内的eDNA采样得到了显著扩展，从而更接近真实分布（黄色）。 (b) 这些eDNA样本还能在海洋网格单元内检测到新的物种记录（浅蓝色鱼类），尤其是那些体型较小且稀有的物种。该图由GPT5.0辅助制作。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003440.g001

这些新记录对于理解海洋生态变化具有重要意义。例如，关于物种分布范围因气候变化而改变的程度和速度[参考文献5]，或因渔业开发而减少的速度[参考文献6]，都依赖于对物种分布位置的准确估计。因此，一个新的物种记录可能代表真正的变化（如最近的分布范围变化），也可能只是之前未被注意到的位置。如果没有足够准确的物种分布数据，我们就无法区分这两种情况。Sanchez及其同事的研究结果[参考文献3]让我们意识到，即使是对具有经济重要性的鱼类这样的已知群体，我们对海洋生物多样性的了解仍然非常有限。

这项研究的数据收集规模及其产生的大量新记录，强烈表明需要更多的、更高质量的采样。然而，Sanchez及其同事[参考文献3]还利用这些信息预测了通过额外eDNA采样可以发现的新物种数量，并确定了哪些地区通过进一步采样能获得最大收益。他们发现，每个0.1°网格单元采样10个eDNA样本平均可以额外发现24种鱼类，在之前未采样的热带地区最多可发现98种鱼类。这为国际社会提供了一个明确的机会和挑战，即推动合作和协调的全球采样活动。

尽管这项研究清楚地展示了eDNA采样的实用性，但仍需承认一些重要限制。首先，到达最偏远的海洋地点非常困难——无论采用何种采样方法。因此，重复和扩展此类采样任务并非易事。其次，eDNA依赖于高质量的参考DNA库。虽然许多鱼类的参考DNA库已经建立，但其他海洋生物类群的DNA库覆盖范围在大多数地区仍不充分。最后，由于海洋 currents 中DNA片段的混合和传输速率、不同的eDNA降解速率以及鱼类实际密度与eDNA浓度之间的未知关系，eDNA可能无法准确反映局部物种丰度。这意味着eDNA采样并非万能解决方案，需要结合多种采样方法来监测海洋生物多样性的变化，包括基于公民科学的调查[参考文献7]。只有这样，我们才能最终了解海洋生物多样性的真实分布情况，并据此制定更好的保护措施。

参考文献