利用传统采样和环境DNA宏条形码技术确定白令海和西北极海洋中北极鳕鱼（Boreogadus saida）的水平和垂直分布

《Regional Studies in Marine Science》：Determining horizontal and vertical distributions of polar cod ( Boreogadus saida) in the Bering Sea and western Arctic Ocean using traditional sampling and environmental DNA metabarcoding

北极鳕鱼时空分布与环境因子的关联性研究。通过传统采样（环网、框网、手网）和环境DNA metabarcoding技术，分析白令海、楚科奇海和东西伯利亚海中鳕鱼的年龄结构、水平垂直分布及栖息地偏好。发现温度（-1.6至4.4℃）和饵料资源显著影响其分布，且eDNA技术可高效监测深海（最大1804米）和广域分布。证实传统方法与eDNA联用能有效提升北极生物多样性监测能力。

　　北极地区的生态系统正经历着全球变暖带来的显著变化，这种变化不仅影响了冰层的消融时间，也改变了水体温度和海冰覆盖范围。这些环境因素的转变对北极鱼类的分布和生存状况产生了深远的影响，尤其是像北极鳕鱼（*Boreogadus saida*）这样的关键物种。北极鳕鱼因其狭窄的温度适应范围和在北极食物链中的重要地位，成为了研究北极生态系统变化的重要指示物种。随着北极环境的不断演变，理解其生态角色和分布模式对于预测和应对未来生态系统的变迁至关重要。

北极鳕鱼在北极海洋生态系统中扮演着连接冰下甲壳类动物与迁徙桡足类动物，以及鱼类、海鸟、海豹和鲸类的中间环节。这种独特的生态地位使得北极鳕鱼的生存状况直接反映了北极生态系统的健康状态。由于其对环境变化的高度敏感性，北极鳕鱼的分布和种群动态可能成为评估北极生态系统响应气候变化的敏感指标。因此，研究北极鳕鱼的分布模式，特别是其早期生命阶段的分布，对于揭示北极生态系统如何适应和应对气候变化具有重要意义。

传统的海洋生物多样性研究方法主要依赖于潜水员调查、底部拖网采样和声学技术等手段。这些方法虽然在某些情况下有效，但它们在大范围、长时间的监测中存在局限性。例如，潜水员调查和拖网采样需要大量的时间和人力资源，并且可能对环境造成一定的破坏。此外，这些方法可能无法有效捕捉到稀有或难以直接观察的物种。因此，为了更全面地评估北极鱼类的分布情况，特别是那些在快速变化环境中生存的物种，需要引入更高效、非破坏性的监测工具。

环境DNA（eDNA）技术作为一种新兴的分子生物学工具，为监测北极海洋生物多样性提供了新的可能性。eDNA是指生物在环境中释放的DNA片段，通过收集水样并对其进行基因分析，可以检测到水体中存在过的生物种类。这种方法不仅能够减少对生物个体的直接干扰，还能在较短时间内覆盖更大的地理范围。近年来，eDNA技术在北极生态系统的应用逐渐增多，特别是在评估沿海生态系统中的生物多样性方面取得了显著进展。然而，尽管eDNA技术具有诸多优势，其在北极鱼类监测中的应用仍处于初步阶段，需要进一步探索其有效性和适用性。

本研究旨在通过结合传统鱼类浮游生物采样方法与eDNA宏条形码技术，全面评估北极鳕鱼在白令海（BS）、切柳斯金海（CS）和东 Siberian 海（ESS）的分布情况。传统采样方法主要通过环形网、框架拖网和手工网收集鱼类样本，并根据体长对样本进行年龄分类。研究结果表明，夏季晚期在南部切柳斯金海（SCS）和东 Siberian 海（ESS）收集的样本中，大多数为年龄0的幼鱼，而中期收集的样本则以年龄1和年龄2的个体为主。这说明不同采样时间和地点对北极鳕鱼的年龄结构存在显著影响，可能与环境条件和繁殖活动的时间有关。

此外，研究还发现，在东 Siberian 海和北部切柳斯金海（NCS）的表层水域收集的样本全部为年龄1和年龄2以上的个体，这可能意味着这些区域是北极鳕鱼的繁殖场所。更小的幼鱼个体则主要出现在东 Siberian 海，这进一步支持了东 Siberian 海作为北极鳕鱼重要繁殖区域的可能性。这种分布模式的变化可能与水体温度和食物资源的可用性密切相关。北极鳕鱼的生存温度范围在-2°C至8°C之间，而其最适温度则在0°C至6°C之间。因此，温度的变化可能直接影响其繁殖活动和幼鱼的生长发育。

为了更全面地了解北极鳕鱼的分布情况，研究团队在不同深度和位置采集了水样，并使用MiFish引物进行eDNA宏条形码分析。结果表明，eDNA技术能够检测到北极鳕鱼在表层水域到1804米深度的存在，这表明其垂直分布范围较广。同时，eDNA检测到的北极鳕鱼个体出现在从-1.6°C到4.4°C的温度范围内，进一步验证了其对温度变化的适应能力。这种非侵入性的监测方法不仅能够提供更准确的分布信息，还能在不干扰生态环境的前提下，对北极鳕鱼的种群动态进行长期跟踪。

eDNA技术的应用为北极生态系统研究带来了新的视角。传统的监测方法往往局限于特定的时间和空间范围，而eDNA宏条形码技术则能够提供更广泛、更连续的数据。这种技术的优势在于其能够同时检测多种物种，并且对环境条件的适应性较强。在北极这样的极端环境中，eDNA技术的应用不仅有助于了解北极鳕鱼的分布模式，还能为其他北极物种的监测提供参考。然而，尽管eDNA技术具有较高的灵敏度和非侵入性，其在北极环境中的具体应用仍需进一步验证和优化。

本研究的成果不仅揭示了北极鳕鱼的分布特征，还强调了eDNA技术在北极生态系统监测中的潜力。通过将传统采样方法与eDNA技术相结合，研究人员能够更准确地描绘北极鳕鱼的生存环境和种群动态。这种方法的综合应用有助于提高监测的效率和准确性，为北极生态系统的保护和管理提供科学依据。此外，研究还指出，北极鳕鱼的分布模式可能受到多种环境因素的影响，包括温度、海冰覆盖、食物资源和水体流动等。因此，未来的研究需要进一步探讨这些因素如何相互作用，以更全面地理解北极鳕鱼的生态需求和生存策略。

在气候变化的背景下，北极鳕鱼的分布变化可能对整个北极生态系统产生连锁反应。例如，北极鳕鱼作为许多捕食者的食物来源，其种群数量的波动可能影响到海鸟、海豹和鲸类等物种的生存状况。此外，北极鳕鱼的繁殖活动和幼鱼的分布可能与海冰的消融时间密切相关，因此，监测北极鳕鱼的分布变化对于评估北极生态系统对气候变化的响应具有重要意义。通过长期、系统的监测，可以更好地预测北极鳕鱼种群的变化趋势，并为相关生态模型的构建提供数据支持。

研究团队还提到，尽管eDNA技术在北极生态系统中的应用前景广阔，但其在实际操作中仍面临一些挑战。例如，eDNA的收集和分析需要精确的环境条件控制，以确保数据的准确性和可靠性。此外，eDNA的检测结果可能会受到多种因素的影响，包括水体流动、生物活动和DNA降解等。因此，在使用eDNA技术进行北极鳕鱼监测时，需要结合其他传统方法，以提高数据的全面性和准确性。这种多方法的结合不仅能够弥补单一方法的不足，还能为北极生态系统的综合研究提供更丰富的数据来源。

总的来说，本研究通过结合传统采样方法和eDNA技术，对北极鳕鱼的分布模式进行了深入分析。研究结果表明，北极鳕鱼的分布受到多种环境因素的影响，包括温度、海冰覆盖和食物资源的可用性。同时，eDNA技术在北极生态系统监测中的应用展示了其作为一种高效、非侵入性工具的潜力。未来的研究可以进一步利用eDNA技术，结合遥感数据和生态模型，以更全面地理解北极鳕鱼的生态角色及其对气候变化的响应。这种跨学科的研究方法将有助于提高对北极生态系统变化的认识，并为制定有效的保护和管理策略提供科学支持。