环境DNA与公民科学揭示地中海气候胁迫下城市港口中隐藏的鱼类生物多样性

这篇开创性研究通过环境DNA（eDNA）和公民科学方法，首次系统监测了地中海科西嘉岛四个港口（Calvi、L'?le-Rousse、STARESO、Saint-Florent）的鱼类生物多样性。研究发现港口蕴藏着科西嘉岛20%和地中海11%的硬骨鱼类多样性，并创新性采用系统发育多样性（PD）、功能多样性（FD）与平均营养级（TLmean）等多维指标，揭示了极端气候事件（ECE）后港口生态系统的差异化响应机制。

　　

【研究背景与意义】

地中海沿岸港口作为典型的人为干扰生态系统，长期面临船舶交通、栖息地改造等多重压力。传统生物监测方法在港口环境中存在明显局限，而环境DNA（eDNA）技术结合公民科学的创新模式，为港口生物多样性研究提供了全新视角。科西嘉岛2022年8月遭遇的极端气候事件（风速达206 km/h）为研究气候胁迫下港口生态响应提供了独特机遇。

【材料与方法】

研究团队在2022年春季和秋季（风暴后）采集了25个海水样本，覆盖4个特征迥异的港口：Calvi（沙质海床）、L'?le-Rousse（渡轮码头）、Saint-Florent（河口淤泥）和STARESO（岩礁海岬）。采用SPYGEN公民科学试剂盒进行标准化采样，通过12重PCR扩增和Illumina NextSeq 1000测序，结合地中海鱼类参考数据库（Dalongeville et al. 2022）进行物种鉴定。

创新性构建了6类生物多样性指标：

1. 分类学丰富度（R）

2. 系统发育多样性（PD）：基于Faith's PD算法

3. 功能多样性（FD）：整合7项功能性状的Gower距离

4. 平均营养级（TL_mean）

5. 物种脆弱性指数（Vulner）

6. 红色名录指数（RedList）

【主要发现】

1. 惊人的生物多样性

   共鉴定73个分类单元（63种/9属/1科），占科西嘉岛已知硬骨鱼类的20%。Calvi和L'?le-Rousse港口多样性最高（分别48和49种），Saint-Florent最低（29种）。Jaccard相似性分析显示港口间差异主要源于物种替换（60%）而非嵌套关系（40%）。

2. 极端气候的生态印记

   风暴后三个港口呈现"悖论式增长"：Calvi物种数增加53%（28→43），L'?le-Rousse增加63%（27→44），STARESO增加48%（23→34）。唯独Saint-Florent物种减少28%，但其系统发育多样性/丰富度比（PD/R=79）却跃居首位，表明保留了进化独特的类群。

3. 功能性状的差异化响应

   PCA分析揭示Saint-Florent拥有4个特有功能群，其FD/R比值（0.89）显示"少而精"的功能结构。Calvi港口在风暴后新增物种虽未显著延长系统发育分支（PD/R降低），但带来15个新功能群（FD/R增至0.9），暗示生态位补充。

4. 营养级动态

   港口群落以肉食性鱼类为主（80-89%），TL_mean最高出现在Calvi（3.38±0.5），最低在Saint-Florent（3.05±0.42）。风暴后Calvi和L'?le-Rousse的TL_mean上升，反映顶级捕食者优势度增强。

【创新价值与应用】

1. 方法学突破

   建立首个港口eDNA监测标准化流程，公民科学家贡献52%样本。饱和曲线验证测序深度充足（100,000 reads/样本），阴性对照确保数据可靠性。

2. 管理启示

   提出PD/R和FD/R等相对指标更适合港口认证（如ISO 18725），Saint-Florent案例表明高人类压力港口仍可维持独特进化谱系。检测到入侵物种太阳鲈（Lepomis gibbosus）证实eDNA的早期预警价值。

3. 气候韧性新认知

   港口可能充当极端气候下的"机会性避难所"，三个港口风暴后多样性增长与传统季节预期相反，暗示城市化生态系统存在非线性的气候响应机制。

【未来展望】

研究团队建议将eDNA指标纳入欧盟海洋战略框架指令（MSFD）评估体系，并开发港口专用的生物多样性早期预警系统。后续研究需结合同位素分析区分"暂居DNA"与定居种群，并扩大时间尺度解析长期气候适应模式。