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全球生物多样性呈下降趋势，为实现昆明 - 蒙特利尔全球生物多样性框架（GBF）目标，研究人员开展了利用水生环境 DNA（eDNA）评估生物多样性的研究。结果表明 eDNA 技术优势明显，但也面临挑战。该研究对生物多样性监测和保护意义重大。
在地球的生态舞台上，生物多样性正面临着前所未有的危机。陆地、淡水和海洋生态系统中的生物多样性急剧减少，这不仅破坏了生态平衡，还对人类的生存和发展构成了严重威胁。其中，淡水和沿海海洋系统受到的影响尤为显著，栖息地改变、污染、外来物种入侵、过度开发以及气候变化等因素，共同推动着生物多样性走向衰退的边缘。
为了应对这一全球性挑战，国际社会制定了昆明 - 蒙特利尔全球生物多样性框架（GBF），为生物多样性保护设定了宏伟目标，包括在 2050 年之前停止人类导致的物种灭绝、实现生物多样性的可持续利用等。然而，要实现这些目标，就需要全面、准确地了解生物多样性的现状和变化趋势，这离不开有效的监测手段。
在此背景下，瑞士联邦水生科学与技术研究所（Eawag）等机构的研究人员聚焦于水生环境 DNA（eDNA）技术，展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Reviews Biodiversity》上。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：一是 eDNA 采样与分析技术，通过采集水样提取其中的 eDNA，利用定量聚合酶链反应（qPCR）或高通量测序技术，对特定物种或整个生物群落进行检测和分析；二是将 eDNA 数据与水动力模型相结合，以此揭示生物多样性的空间分布规律；三是运用机器学习模型，对 eDNA 数据进行分析，从而推断生态系统的状态以及将生物多样性变化归因于环境因素。
研究结果
- eDNA 技术的优势与应用：eDNA 技术具有诸多优势，它能够实现对生物多样性的整体评估，涵盖广泛的分类群，还能提供高时空分辨率的数据。在实际应用中，该技术可用于早期检测入侵物种，如利用物种特异性检测方法，能及时发现亚洲鲤鱼等入侵物种，为防止其扩散争取时间；还可评估生态系统在恢复前后的状态，为生态修复工作提供科学依据。此外，eDNA 技术在生物多样性的时空映射方面表现出色，能够有效补充传统监测方法的不足，为政策制定提供关键信息，例如帮助确定生物多样性热点地区和保护重点区域12。
- 追踪特定物种：eDNA 分析是追踪濒危、有害或入侵物种的有力工具。在英国，研究人员利用 eDNA 追踪濒危的大冠蝾螈，实时分析 eDNA 样本，能够快速传递信息，为保护决策提供支持。不过，eDNA 信号存在一定局限性，它并不一定代表生物当前的时空存在，可能受到多种因素干扰，如信号的传输、过去生物存在的残留等。因此，在解读 eDNA 信号时需要谨慎，通常需要结合其他方法进行确认34。
- 理解生物多样性变化的驱动因素：传统方法在确定生物多样性变化的驱动因素方面存在不足，难以监测新兴的污染因素，且依赖少数指示物种，无法全面反映生态系统的响应。eDNA 技术则能够整合来自不同分类群的数据，更全面地揭示水生生物群落对人为变化的响应。例如，通过 eDNA 代谢条形码技术生成的共现数据，可以重建多营养级生态网络，从而评估生态系统的功能属性。此外，结合机器学习模型，能够更准确地将生物多样性变化归因于环境因素，为制定针对性的保护政策提供科学依据56。
- eDNA 应用的挑战与应对策略：尽管 eDNA 技术前景广阔，但在实际应用中仍面临一些挑战。一方面，eDNA 方法与传统方法的结果可比性存在问题，这主要源于扩增偏差和参考数据库不完善等因素；另一方面，技术基础设施的获取存在不平等现象，限制了该技术在全球的广泛应用。为解决这些问题，研究人员提出了一系列应对策略，包括制定国际标准，规范采样、处理、报告和数据发布等环节；充实参考数据库，提高数据的可及性和可比性；遵循 CARE 原则（集体利益、控制权、责任和伦理原则），确保 eDNA 研究的公平性和可持续性78。
研究结论与讨论
本研究表明，eDNA 技术为水生生物多样性监测提供了一种创新且有效的手段，在实现 GBF 目标方面具有巨大潜力。通过 eDNA 技术，我们能够获取更全面、准确的生物多样性数据，深入了解生物多样性变化的驱动因素，为生物多样性保护和管理提供有力支持。然而，要充分发挥 eDNA 技术的优势，还需要解决一系列技术和社会问题，如数据标准化、数据库建设、公平性等。
未来，随着技术的不断进步和国际合作的加强，eDNA 技术有望在全球生物多样性监测中发挥更大的作用。建立全球统一的 eDNA 监测网络，整合各方资源，将有助于实现生物多样性数据的共享和协同分析，为全球生物多样性保护提供更坚实的科学基础。同时，注重 eDNA 技术与传统监测方法的结合，取长补短，能够更全面地评估生物多样性状况，为制定科学合理的保护策略提供有力保障。此外，在 eDNA 研究和应用过程中，充分考虑当地和土著知识，尊重不同群体的权益，促进技术与社会的和谐发展，也是实现生物多样性保护目标的重要环节。
