加拿大阿尔伯塔油砂区淡水湖泊自然与人为干扰重建：沉积DNA宏条形码技术与原住民知识的融合

这篇研究创新性地结合沉积DNA（sedDNA）宏条形码技术与加拿大Chipewyan Prairie First Nation（CPFN）原住民知识，重建了Cowpar湖1940年代滑坡事件对真核生物群落的影响。通过18S rRNA和COI基因分析，揭示了1950年后光自养生物多样性增加、消费者减少的生态转变，为环境监测提供了高分辨率基线数据，凸显了传统知识与现代分子生态学的协同价值。

　　

引言：油砂开发与生态监测的双重挑战

阿尔伯塔油砂工业的开发引发了对淡水生态系统长期影响的担忧。由于缺乏基线数据，研究者转向湖泊沉积物这一环境档案，结合新兴的沉积DNA（sedDNA）技术——即水生生物释放并保存在沉积物中的环境DNA（eDNA）——来重建历史生物群落。Cowpar湖（原住民称Doghostú）的案例尤为典型，1940年代的滑坡事件通过原住民口述和靶向鱼类sedDNA分析得到双重验证。

方法论：双基因标记与跨学科融合

研究团队从3.8米水深处获取沉积岩芯（COW21-A），通过Pb-210和Cs-137测定年代。采用18S rRNA（V7区）和COI基因进行宏条形码分析，分别覆盖广谱真核生物和高分辨率后生动物。原住民知识由CPFN社会科学家独立采集，包括滑坡事件和白鱼消失的口述记录。实验环节严格防污染，包括：

• 沉积物用3%次氯酸钠消毒

• DNA提取后经IntegritE-DNA检测（Ct值≤30为合格）

• 双PCR建库（Illumina NextSeq 1000测序）

• DADA2流程生成扩增子序列变异（ASVs），90%-96%置信度进行物种注释

结果：滑坡触发的生态级联效应

群落结构剧变：18S数据显示1948-1956年间真核生物ASVsα多样性下降，Jaccard相似度仅0.317。光自养生物（如硅藻Bacillariophyceae）和混合营养生物（甲藻Dinophyceae）占比上升，与沉积物中有机质和碱土金属（Ca/Sr/Ba）峰值吻合，暗示藻华爆发。COI标记则检测到白鱼（Coregonus artedi）和北美狗鱼（Esox lucius）的消失，与原住民记录一致。

功能群重组：

• 光自养生物：Chlorophyceae取代陆生植物Embryophyceae成为优势类群

• 消费者：鱼类多样性显著降低（推测因有机质降解耗氧）

• 寄生虫：微孢子虫等保持稳定

• 共现网络：1950年后节点复杂度增加，反映生态位分化

讨论：传统知识与分子生态学的互证

技术比较：18S标记广谱但分辨率有限，COI擅长物种鉴定但易受引物偏差影响。两者互补揭示了滑坡导致的沉积速率变化（1941年峰值）如何通过影响DNA保存（快速埋藏减少降解）塑造检测结果。

生态启示：CPFN描述的"山体坍塌引发白鱼消失"与sedDNA数据、地球化学指标（LOI和硫峰值）形成完整证据链。近期藻华加剧可能与陆地有机物输入增加有关，但30公里外的油砂活动未显示直接影响。

方法论创新：采用"双眼观察"（Two-Eyed Seeing）框架，将原住民口述历史与sedDNA生物标志物并列分析，既验证了1940年代滑坡的生态影响，也为制定符合原住民权利的环保阈值提供了科学依据。

结论：环境史重建的新范式

该研究建立了沉积DNA宏条形码与原住民知识协同分析的标准流程，证实1950年代是Cowpar湖生态转折点。这种跨学科方法不仅能识别自然扰动（如滑坡）与人类活动的差异化影响，更通过原住民视角完善了长期环境监测的时空维度，为油砂区的生态管理提供了模板。