极夜环境下基于环境DNA宏条形码技术解析北极峡湾海洋生物多样性：以斯瓦尔巴Kongsfjorden为例

为填补北极极夜期海洋真核生物多样性研究空白，Ayla Murray团队采用COI基因环境DNA(eDNA)宏条形码技术，结合传统网采方法，对斯瓦尔巴Kongsfjorden峡湾水体与沉积物样本进行系统分析。研究成功构建了包含225个物种的极夜生物清单，首次揭示胶质浮游动物(GZP)群落的冬季组成特征，并验证了浑浊水域PCR抑制因素对eDNA检测的影响。该成果为气候变化背景下北极生态系统监测提供了创新方法学范式。

　　

在北极快速变暖的背景下，Kongsfjorden峡湾作为大西洋化(Atlantification)的前哨站，其生态系统正经历从北极型向大西洋型的剧烈转变。然而，极夜期（每年10月至次年2月）的生物多样性研究长期被忽视，传统形态学方法受限于黑暗环境、冰况恶劣等条件，导致这一关键时期的生态过程成为"黑箱"。更棘手的是，胶质浮游动物(Gelatinous Zooplankton, GZP)这类脆弱生物在常规采样中易被破坏，其冬季生态位尚属未知。

来自德国阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所(Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research)的团队创新性地采用环境DNA(eDNA)宏条形码技术，结合网采验证，在2022年极夜期间对Kongsfjorden峡湾展开系统调查。研究选取线粒体细胞色素c氧化酶亚基1(COI)基因的"Leray-XT"片段，对154份水样和7份沉积物样本进行测序分析，同时通过WP3网采集16个GZP个体进行形态与分子鉴定。

关键技术包括：1) 使用Sterivex-GP滤膜过滤6L水样捕获eDNA；2) 针对浑浊水体设计PCR抑制剂处理对照实验；3) 采用OBITOOLS 3和SWARM v3.1.5进行生物信息学分析；4) 结合LULU算法去除嵌合序列。

【环境条件与采样设计】

水文数据显示研究期间主导水团为北极水团(ArW,-0.9-1.5⁰C)，仅KB3站检测到少量变性大西洋水团(TAW)。采样覆盖峡湾中部9个站点，最浅4m（码头站），最深300m（KB3站），通过CTD剖面揭示温度盐度垂直结构。

【eDNA群落特征】

水体与沉积物eDNA呈现显著差异：1) 水体中后生动物占比66%（主要环节动物），沉积物则以硅藻(54%)和绿藻(33%)为主；2) 沉积物特有MOTUs仅占10%，但包含关键底栖指标种如多毛类Chaetozone setosa；3) 码头站因人为干扰呈现独特群落，以桡足类Microcalanus pusilis(15%)为主导。

【极夜GZP新认知】

整合eDNA与网采数据，共鉴定19种GZP，包括：1) 北极特有水螅水母Sminthea arctica；2) 深水管水母Nanomia cara；3) 极地栉水母Beroe cucumis。其中11种为网采独有，5种被两种方法共同检出，揭示传统方法对脆弱GZP的漏检率达42%。

【浑浊水体eDNA有效性】

通过Zymo抑制剂去除试剂盒处理对比证实，峡湾冰川融水导致的浊度虽造成滤膜可见沉积，但添加牛血清白蛋白(BSA)的PCR体系可有效克服抑制效应（p=0.885），为冰川影响区eDNA研究提供方法学保障。

这项发表于《Marine Environmental Research》的研究首次绘制了北极峡湾极夜期真核生物完整图谱，其创新性体现在：1) 突破极夜采样技术瓶颈，证明eDNA在黑暗期监测的优越性；2) 发现极夜GZP多样性远超既往认知，暗示该类群可能通过冬季繁殖适应气候变化；3) 建立包含29种大型藻类、23种刺胞动物和16种鱼类的极夜基准数据库。该成果为北极"生物暗物质"研究开辟新途径，其揭示的冬季生态过程将显著提升对北极生态系统全年动态的预测能力。