高山湖泊沉积物环境DNA揭示生物多样性：连接水陆生态系统的关键纽带

本研究通过环境DNA(eDNA)代谢条形码技术，对塔特拉山脉61个高山湖泊沉积物中的COI基因进行分析，揭示了水生和陆地生物多样性的分布模式。研究发现沉积物eDNA能有效捕获324个物种（包括23.5%的陆生物种），并识别出特定山谷的生物多样性热点。该研究为高山生态系统监测提供了新方法，强调了水陆生态系统的紧密联系。

　　

高山湖泊如同镶嵌在塔特拉山脉的蓝宝石，不仅是冰川遗迹的见证者，更是生物多样性研究的天然实验室。随着气候变化和人类活动加剧，这些脆弱的生态系统正面临前所未有的威胁。传统监测方法难以全面捕捉高山湖泊的生物多样性，尤其是水陆生态系统的交互作用。为此，斯洛伐克科学院植物科学与生物多样性中心（Plant Science and Biodiversity Centre, Slovak Academy of Sciences）和布拉迪斯拉发考门斯基大学（Comenius University in Bratislava）的研究团队开展了一项开创性研究，通过沉积物环境DNA(eDNA)技术揭示了高山湖泊及其集水区的生物多样性图谱，相关成果发表在《Hydrobiologia》上。

研究团队采用COI基因代谢条形码技术，对2019-2023年间采集的61个湖泊表层沉积物样本进行分析。通过磷酸盐缓冲液释放DNA、纤维素膜过滤和Illumina MiSeq测序，获得超过1100万条reads。数据分析采用mBRAVE平台和TaxonTableTools软件，结合PERMANOVA等多元统计方法，探究了海拔、年份和山谷等因素对群落结构的影响。

生物多样性组成

研究发现沉积物eDNA成功捕获410个操作分类单元(OTUs)，涵盖324个物种，其中水生无脊椎动物以昆虫纲(Insecta)、蛭蚓纲(Clitellata)和鳃足纲(Branchiopoda)为主。值得注意的是，陆生物种占比达23.5%，包括昆虫和哺乳动物（如马鹿Cervus elaphus和野猪Sus scrofa），证实了湖泊作为"被动采样器"的功能。

时空分布特征

多变量分析显示：

1. 年份效应：不同采样年份的群落结构差异显著（PERMANOVA解释12%变异），特别是临时性水生动物（如摇蚊Simulium monticola）表现出更强的年际波动。
2. 地理隔离：2020年样本揭示西塔特拉与高塔特拉湖泊群落的明显分化（33%变异由山谷因素解释），如VS山谷拥有10个临时性动物特有BINs（条形码索引号）。

方法学价值

沉积物eDNA展现出独特优势：

• 检测到传统方法遗漏的物种（如北极蠕虫Peipsidrilus saamicus）
• 揭示25种水生生物存在多个BINs，暗示潜在隐存多样性
• 互补性：与水体eDNA相比，sedDNA能捕获更长的时间尺度信息

这项研究开创性地将沉积物eDNA应用于整个山脉尺度的生物多样性评估，证实了高山湖泊作为水陆生态"连接器"的功能。研究不仅为气候变化下的生物监测提供了新工具，其发现的BINs多样性更为保护高山特有物种提供了遗传学依据。未来整合多基因标记（如16S、18S）有望进一步揭示微生物和植物的多样性模式，推动高山生态系统保护的精准决策。