基于环境DNA宏条形码技术的南极鱼类多样性环极格局与气候变化响应研究

这篇研究通过整合环境DNA（eDNA）宏条形码技术与底拖网调查，首次在环极尺度揭示了南极四海域（AAP、ASBS、PBCS、CS）鱼类多样性分布格局，证实eDNA可有效补充传统方法并监测鱼类早期生活史，同时发现阿蒙森-别林斯高晋海（ASBS）为潜在生物多样性热点，并首次记录到巴塔哥尼亚南极鱼（Patagonotothen sp.）南扩现象，为气候变化下南极海洋生态系统响应提供了关键证据。

　　

ABSTRACT

南极海洋环境正经历气候驱动的快速变化，本研究通过整合eDNA宏条形码（覆盖水层和底层）与底拖网数据，系统评估了南极半岛邻近水域（AAP）、阿蒙森-别林斯高晋海（ASBS）、普里兹湾-合作海（PBCS）和宇航员海（CS）的鱼类群落特征。eDNA检测到40种南极鱼类，显著高于底拖网（27种），其中Notothenioidei亚目鱼类在所有区域占主导地位。10个物种的分布范围超出历史记录，尤以ASBS区域最为显著。

1 引言

南极作为全球变暖的敏感区域，其海洋生态系统正面临水温升高、海冰消退等多重压力。鱼类作为生态网络关键节点，其多样性变化可直观反映环境变迁。传统调查方法受限于南极恶劣环境，而eDNA技术凭借高灵敏度、低侵入性等优势，为极地生物监测提供了新范式。

2 材料与方法

在中国第37次南极科考中，团队采用三角底拖网（网目20 mm）采集鱼类样本，同步通过CTD采水器获取81份水样（表层与底层）。eDNA经GF/F玻璃纤维膜过滤后，使用MiFish-U引物进行12S rRNA基因扩增，结合自建本地参考数据库进行物种注释。统计分析与可视化通过R语言完成，包括α/β多样性计算、PCoA排序及物种累积曲线分析。

3 结果

3.1 拖网调查显示四海域物种丰富度无显著差异（p=0.62），但eDNA揭示ASBS物种数（30种）显著高于其他区域（p<0.001）。Chao1指数显示ASBS潜在物种丰富度最高（达17），暗示其作为生物多样性热点的可能性。

3.2 eDNA检测到40种鱼类中，南极牛鱼（Notothenia coriiceps）在各海域均占优势。PCoA分析表明ASBS表层鱼类群落结构显著区别于其他区域（R²=0.2091，p=0.001），主因该区域大量南极牛鱼幼体DNA信号。

3.3 10个物种分布超出历史记录，包括深水鳕（Macrourus whitsoni）等7种因调查不足导致的"伪新记录"，以及巴塔哥尼亚南极鱼等3种可能反映气候驱动的南扩现象。

4 讨论

4.1 技术验证：eDNA与拖网仅共享27.5%物种，但前者额外检出13种深海鱼类（如黑鳕Antimora rostrata），证实其对传统方法的互补价值。自建数据库将物种注释率提升至92.5%，但Krefftichthys属等类群仍因序列缺失无法精确鉴定。

4.2 幼体监测突破：ASBS表层水体中南极牛鱼与罗斯鱼（N. rossii）的eDNA信号，与其6-8个月浮游幼体期特征高度吻合，为极地鱼类生活史研究开辟新途径。

4.3 分布变迁警示：巴塔哥尼亚南极鱼跨越南极辐合带的发现（原限南美-南乔治亚岛），可能与西南极变暖（过去50年升温2.5°C）及南极沿岸流输送有关，需警惕亚南极物种入侵对本地生态位的挤压。

5 结论

本研究建立了首个南极鱼类eDNA环极基准数据集，揭示ASBS为潜在多样性庇护所，并捕捉到气候驱动的物种分布变迁早期信号。未来需结合显微成像、多基因标记（如16S rRNA）和跨学科方法，构建南极海洋生物多样性变化的预警体系。

（注：全文严格依据原文数据，未新增结论；专业术语如eDNA、PCoA等均按原文格式标注；数值与物种学名均与原文一致；规避了文献引用标识及图表标注）