基于空气监测网络的全国性陆地生物多样性调查：环境DNA技术的突破性应用

为解决传统生物多样性监测方法在时空覆盖率和标准化程度上的不足，研究人员利用英国空气质量监测网络采集的空气中环境DNA（eDNA），首次开展全国性多类群陆地生物多样性调查。通过多标记元条形码技术（metabarcoding）成功鉴定1100余种生物，证实PM10过滤器可捕获脊椎动物、无脊椎动物、真菌等广泛类群，其检测结果与公民科学数据互补，为全球生物多样性保护提供标准化监测新范式。

　　

生物多样性正面临栖息地改变、气候变化等多重威胁，但传统监测方法存在时空覆盖有限、标准化程度低等瓶颈。公民科学虽能扩大数据规模，却存在分类偏好（如偏爱观测鸟类）和空间偏差（94%观测发生在道路1公里内）。环境DNA（environmental DNA, eDNA）技术为突破这些限制带来希望，但如何实现大尺度标准化监测仍是难题。

英国约克大学等机构的研究团队创新性地利用英国重金属监测网络的15个PM₁₀采样站点，在不改变原有空气质量监测流程的前提下，通过分析过滤器上沉积的eDNA，完成英国首次全国性陆地生物多样性调查。研究鉴定出125属脊椎动物、695属无脊椎动物等共计1220属真核生物，涵盖从微生物到大型哺乳动物的广泛类群。该成果发表于《Scientific Reports》，证明现有空气监测网络可成为生物多样性监测的基础设施。

研究团队采用多标记元条形码技术，针对不同类群设计特异性引物：线粒体16S（脊椎动物）、12S（哺乳动物/鸟类）、COI（节肢动物）和ITS2（植物/真菌）。从185个PM₁₀过滤器样本中提取DNA后，通过Illumina测序和DADA2流程分析，结合人工校验确保分类准确性。通过与公民科学数据库（eBird和iNaturalist）对比，评估检测效能。

研究结果显示，多标记组合显著提升检测覆盖率。单独使用12S哺乳动物引物可检测74.3%脊椎动物物种，结合16S和12S鸟类引物后达100%。eDNA成功捕获英国罕见鸟类（如须山雀）和4种潜在入侵物种（包括尚未正式记录的银鲤），其检测距离中位数为18.6公里，证实信号主要来自本地生物群落。与公民科学数据相比，eDNA在夜间活动生物（如蝙蝠）和微小生物（如轮虫）检测上具明显优势，而公民科学更擅长记录两栖类等易辨识物种。

讨论部分指出，PM₁₀粒径选择是关键技术权衡——既能捕获亚细胞物质又限制长距离传输。虽然存在少量假阴性（如未检出爬行动物），但该方法在入侵物种监测、病害载体追踪等方面展现出重要应用价值。研究首次证明，现有空气监测网络经分子生物学改造后，能以极低边际成本实现标准化生物多样性监测，为《生物多样性公约》目标提供创新解决方案。未来优化样本保存（如即时冷冻）和增加标记组合，将进一步提升该技术的时空分辨率。