环境DNA宏条形码技术揭示海洋保护区与中光层深度对岩礁鱼类群落的协同保护效应

这篇研究通过环境DNA（eDNA）宏条形码技术，首次系统评估了地中海Cap Roux禁捕海洋保护区（MPA）内不同深度（表层至中光层-60 m）岩礁鱼类群落的保护效应。研究发现：MPA显著提升鱼类多样性（物种数达外围渔区的2.8倍），而深度增加导致多样性递减；中光层（-50至-60 m）未能为浅层受胁物种提供有效庇护，MPA才是关键保护手段。研究为MPA设计（覆盖全深度梯度）提供了分子生态学证据，凸显eDNA技术在海洋保护评估中的革新价值。

　　

Abstract

研究采用环境DNA（eDNA）宏条形码技术，对地中海Cap Roux禁捕海洋保护区及其外围渔区的岩礁鱼类群落进行多深度采样（表层、中层-20至-30 m、中光层-50至-60 m）。通过三重引物组合（Fish16S、AcMDB07、Vert16S）和Illumina MiSeq测序，共鉴定66个鱼类分类单元（含1种濒危鳐鱼Mobula mobular）。统计模型显示，保护状态、深度及其交互作用均显著影响鱼类多样性和群落组成。

INTRODUCTION

海洋生态系统正面临过度捕捞和气候变化的双重威胁。海洋保护区（MPA）被认为是缓解这些压力的有效工具，但其保护效果是否随深度变化尚不明确。中光层生态系统（-30至-150 m）曾被假设为浅层鱼类的"深度避难所"（DRRH），但这一假说存在争议。传统水下视觉普查（UVC）受限于安全深度，而eDNA技术可突破此瓶颈。本研究首次结合eDNA与多深度采样，探讨MPA与深度的协同保护效应。

MATERIALS AND METHODS

采样设计：在保护区和外围渔区各设4个站点，分3个深度层采集海水样本（每站点2个重复，共24样本）。使用防水泵现场过滤30 L海水，并注入Longmire缓冲液保存。

实验室流程：通过离心提取DNA，采用三组引物进行12重复PCR扩增，建库后使用Illumina MiSeq进行双端测序。

生物信息学：使用OBITools进行序列聚类（97%相似度），经严格质控（去除嵌合体、污染物及低频序列）后合并三组引物数据。

统计分析：通过广义线性模型（GLM）评估物种丰富度差异，PERMANOVA分析群落组成差异，并计算Jaccard相异指数（βjac）及其周转（βjt）与嵌套（βjn）组分。

RESULTS

物种组成：MPA内检出59种鱼类（占总数89.4%），显著高于外围渔区（21种）。深度梯度上，表层、中层和中光层分别检出43、32和18种，呈现显著递减趋势。

关键发现：

1. 保护效应：MPA内平均每样本检出12±7.50种，显著高于外围（3.5±2.54种）。濒危物种如褐石斑鱼Epinephelus marginatus（EN）仅见于MPA浅层。

2. 深度效应：中光层群落与浅层差异显著（βjac=0.97），且以物种替换（βjt占78%-88%）而非嵌套为主导。

3. 交互作用：MPA的保护效果在浅层最显著，中光层因固有低多样性而差异不显著。

DISCUSSION

MPA的核心作用：研究证实Cap Roux MPA存在显著的"保护区效应"，这与当地渔业管理传统（Prud'homie制度）密切相关。eDNA技术的高灵敏度可能放大了保护区内物种检出率，因其对高生物量物种（如MPA内大型鱼类）更敏感。

深度避难所假说的局限性：中光层群落与浅层高度异质，且该区域仍受渔业活动影响，无法满足DRRH的两大前提（群落相似性与威胁豁免）。温度跃层（夏季温差达10°C）可能进一步阻碍深浅群落交流。

管理启示：应建立覆盖全深度梯度的MPA网络，既保护浅层高价值物种，也维护中光层特有群落。研究证实eDNA技术能突破传统监测局限，为MPA评估提供新范式。

结论

这项研究通过创新性地结合eDNA技术与多深度采样，揭示了MPA对鱼类群落的全深度保护价值，否定了中光层作为浅层避难所的假说。研究成果为海洋保护区的三维空间规划提供了关键科学依据，并展示了环境DNA技术在生态监测中的变革性潜力。