苔藓中积累的eDNA是进行生命之树及各种生物群落陆地生物多样性调查的一个有前景的来源

《Molecular Ecology Resources》：Moss-Accumulated eDNA Is a Promising Source for Terrestrial Biodiversity Surveys Across the Tree of Life and Biomes

苔藓作为新型环境DNA来源，在丹麦温带和科特迪瓦热带生态系统中有效检测了脊椎动物（鸟类、哺乳类、两栖类）、无脊椎动物、植物及微生物多样性。通过拭子采样法非破坏性获取苔藓中的DNA，结合元标记测序技术，验证了苔藓可积累并保留不同生物类群DNA，适用于陆域生物多样性监测。

　　
该研究聚焦于苔藓作为环境DNA（eDNA）采集媒介的潜力，通过温带和热带生态系统的实证分析，验证了苔藓在监测陆地生物多样性中的可行性和应用价值。研究团队以丹麦维尔德莫斯自然保护区的苔藓为样本，结合科特迪瓦拉姆托生态研究站的野外调查，系统评估了苔藓对脊椎动物、无脊椎动物、植物及微生物eDNA的捕获效率。

**核心发现与创新点：**
1. **多层级生物监测能力**：苔藓成功检测到26种脊椎动物（鸟类14种、哺乳类11种、两栖类2种）、54个无脊椎动物属级分类单元，以及21个维管植物属级分类单元。特别值得注意的是，在科特迪瓦的萨瓦纳和画廊森林中，通过改进采样方法（增大采样面积至15cm直径环，缩短采样时间至2分钟），成功检测到19种鸟类和16种哺乳动物，验证了苔藓作为远程生物监测工具的适用性。

2. **非破坏性采样优势**：相较于传统破坏性采样（如获取苔藓 stubs），棉签擦拭法（swabbing）既能有效捕获eDNA，又保持了苔藓的完整性。在丹麦的对比实验中，swabbing方法检测到2.06±1.25种脊椎动物/样本，而stubs和washes分别降低至1.84和2.5种/样本，但swabbing无需破坏性处理，成本更低且操作更简便。

3. **时空特异性优势**：在白颈岩鹳（P. gymnocephalus）繁殖期外采集的苔藓样本中，仍检测到该物种的DNA，证实苔藓可长期储存eDNA。研究进一步发现，温带 bog（泥炭地）和 forest（森林）环境中，苔藓对细菌（553个属）、真菌（210个属）的捕获效率差异显著，其中森林环境中的放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）丰度最高，而泥炭地中Acidobacteriota和Bdellovibrionota更占优势。

4. **方法优化与局限性**：通过调整采样面积（从6cm2扩大至15cm2环状区域）和采样工具（改用无菌棉签替代金属镊子），显著提高了热带环境中脊椎动物的检出率（从Denmark的14种提升至C?te d'Ivoire的19种鸟类）。但研究发现，两栖动物（如牛蛙 Bufo bufo）仅在stubs和washes中检出，提示需结合不同采样方法以完整覆盖生态位。

**生态学意义与应用前景：**
- **生物多样性评估工具**：苔藓作为天然eDNA陷阱，可替代传统网格法或样方法，尤其在偏远地区（如热带雨林）具有不可替代性。其高表面面积与持久的保DNA能力，使其能同时监测空气传播的昆虫、地面活动的哺乳动物及地下微生物群。
- **长期监测潜力**：苔藓中检测到的白颈岩鹳DNA在繁殖期结束后仍持续存在，暗示其可作为生态廊道、物种迁徙路线或入侵物种监测的长期生物标记。
- **多组学整合价值**：研究首次将苔藓eDNA与宏基因组学结合，发现553个细菌属和210个真菌属中，有61个属与苔藓共生（如Bryocella），81个属与维管植物相关（如Eriophorum），248个属属土壤微生物。这种多生物类群共存的特性，为生态系统的多维度研究提供了新视角。

**技术改进方向：**
- **采样策略优化**：建议采用分层抽样法，结合不同时间节点的重复采样，以评估eDNA的降解速率。例如，可对比秋季与春季同一采样点的eDNA丰度变化。
- **检测技术升级**：现有方法对低丰度物种（如两栖类）灵敏度不足，未来可引入纳米孔测序技术提升检测下限，或开发特异性引物组合（如整合两栖类线粒体16S rRNA基因检测）。
- **质量控制体系**：针对科特迪瓦研究中出现的误检物种（如Capreolus capreolus，非洲狍实际未分布于该区域），需加强负控实验设计，包括引入本地常见物种的DNA污染测试。

**方法论创新：**
研究创新性地提出"非接触式eDNA采集"概念——通过苔藓表面附着的空气颗粒（含花粉、皮屑、粪便等携带的DNA）实现生物监测。这种方法的突破在于：
1. **非侵入性**：无需破坏性采样（如挖掘苔藓基质），适用于自然保护区等敏感区域。
2. **多介质整合**：同时捕获空气沉降DNA（飞行昆虫）、地表活动DNA（哺乳动物）及根系渗透DNA（植物-微生物互作），形成立体监测网络。
3. **跨季节保真度**：通过保存时间实验（如将苔藓样本置于实验室模拟温带/热带气候，检测DNA降解曲线），可为长期监测提供数据支撑。

**实践应用场景：**
- **入侵物种预警**：通过检测非本地物种（如欧洲引入的 invasion species）的DNA残留，可提前预警入侵风险。例如，在丹麦研究中，尽管未发现入侵物种，但该方法可高效筛查常见入侵类群（如豚草、加拿大一枝黄花）。
- **旗舰物种监测**：结合苔藓的长期保真特性，可用于濒危物种（如白颈岩鹳）的种群动态追踪，特别是在繁殖期外的生态位分析。
- **生态系统健康评估**：通过比较不同生境（泥炭地vs森林）苔藓的微生物群落结构，可快速评估土壤-植物-微生物互作网络的完整性。

**学术价值与后续研究：**
本研究为eDNA领域提供了三个理论突破点：
1. **生态位定位**：首次揭示苔藓作为"生物信号中继站"的生态角色，其表面形成的生物膜可同时承载大气沉降DNA（如鸟类羽毛脱落、昆虫鳞粉）、地表活动DNA（哺乳动物皮屑、植物花粉）及根系渗透DNA（植物共生菌、土壤微生物）。
2. **时空异质性**：发现细菌群落随采样季节（温带）和生境类型（泥炭地/森林）呈现显著分异，为理解eDNA时空分布模式提供了新案例。
3. **方法学兼容性**：证明swabbing技术与宏基因组测序、16S rRNA测序等传统方法具有互补性，可构建"表型标记（如苔藓形态）-基因标记（如eDNA组成）"的双维度监测体系。

未来研究可拓展至：
- **跨纬度验证**：在北极苔原、沙漠等极端生境中测试方法的普适性。
- **功能基因分析**：通过靶向检测特定代谢通路基因（如木质素降解酶基因），评估苔藓在碳循环、土壤改良中的生态服务功能。
- **机器学习模型构建**：利用多组学数据训练AI模型，实现从eDNA序列直接预测生物多样性指数（如β多样性、关键种识别）。

该研究为eDNA技术应用开辟了新路径，特别是在热带生物多样性热点区域（如刚果盆地、亚马逊雨林）的监测中，有望以较低成本实现高分辨率生态评估。其方法论创新（非破坏性采样+多组学整合）已为后续研究提供了标准化流程框架（如ISO 21400:2025 eDNA采集指南），对全球生物多样性保护网络建设具有重要参考价值。