《Biology》：Mammalian–Environmental–DNA-Derived Probabilistic Modeling Reveals Re-Established Trophic and Co-Habitation Network Structure in Fire-Affected Terrestrial Communities
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在气候变化影响下，针对生态系统完整性的生物指示物监测方法已变得至关重要，以支持保护举措并缓解栖息地丧失或入侵物种出现等后果。本研究探讨了传统方法（红外相机）与先进的环境DNA（eDNA）宏条形码技术结合多引物策略，用于评估不同森林火灾严重程度下哺乳动物群落的效
在气候变化影响下，针对生态系统完整性的生物指示物监测方法已变得至关重要，以支持保护举措并缓解栖息地丧失或入侵物种出现等后果。本研究探讨了传统方法（红外相机）与先进的环境DNA（eDNA）宏条形码技术结合多引物策略，用于评估不同森林火灾严重程度下哺乳动物群落的效果。结果表明，传统方法在监测大型哺乳动物方面有效，而小型及隐秘物种则更适合通过eDNA方法进行监测。此外，eDNA方法能够评估真核生物群落内部的复杂关系，并在火灾后3年推断出积极的生态系统信号。植物的再生长受到火灾后恢复过程早期阶段的影响，而其他真核生物的食物网相关或栖息地占据互作则无论火灾严重程度如何均已重新建立。这些发现突显了eDNA在气候变化影响下进行生态系统健康监测的潜力，并为难以通过传统方法评估的复杂真核生物关系提供了宝贵见解。
**火灾干扰后陆地哺乳动物群落与真核生物互作网络的环境DNA多引物评估：方法与生态学意义**
**1. 研究背景与问题**
气候变化加剧了极端天气事件的频率与强度，其中森林火灾对自然生态系统构成严重威胁。哺乳动物群落作为森林健康的重要生物指示物，其长期监测对于保护决策和生态恢复评估至关重要。传统监测手段如红外相机和录音设备受物种、环境条件及观察者经验限制，对隐秘、低密度或安静物种易出现假阴性。环境DNA（eDNA）宏条形码技术通过分析环境基质中的遗传物质，为非侵入性、高灵敏度的生物监测提供了新途径。然而，现有eDNA研究多聚焦于水生生态系统，陆地哺乳动物的eDNA应用仍局限于物种占据模型，缺乏对群落组成、多样性及种间交互网络的综合分析。此外，针对森林火灾等自然干扰如何影响陆地哺乳动物与其他真核生物（如植物、昆虫）之间营养关系和共栖结构的问题，尚未得到充分探讨。因此，研究人员开展本研究，旨在利用传统红外相机与多引物eDNA宏条形码相结合的策略，评估韩国蔚珍森林在火灾三年后的哺乳动物群落状态及生态系统功能恢复情况。
**2. 研究方法概述**
研究区域位于韩国江原道蔚珍森林，依据火灾严重程度设置对照（C）、受影响（A）和严重过火（S）三类样地，共11个位点。研究人员部署红外相机（30个相机夜/位点）持续监测一个月，并同时安装2.5 L水盆（暴露7天）收集环境水样用于eDNA提取。利用Sentinel-2卫星影像计算归一化燃烧比差值（dNBR）对火烈度进行分级。eDNA分析采用双引物策略：通用引物COI-C01/COI-C03扩增线粒体细胞色素c氧化酶亚基I（COI）基因，以及哺乳动物特异性引物MiMammal扩增12S rRNA基因，通过MiSeq平台高通量测序。生物信息学分析使用PEMA流程，并基于NCBI nr/nt数据库进行BLASTn分类注释。采用非度量多维尺度分析（NMDS）、α多样性指数评估群落差异；利用贝叶斯网络（bnlearn包，tabu搜索算法，BIC评分，1000次bootstrap）构建真核生物互作网络，并辅以系统发育树验证eDNA序列的真实性。
**3. 主要研究结果**
**（1）火灾对植被长期扰动的量化**
野外观察显示，C样地具有完整的草本、灌木和乔木层；A样地低矮植被受损但高大乔木树冠尚存；S样地低矮植被茂盛但高大乔木大量枯死。卫星影像dNBR值分别为C：0.051±0.026，A：0.120±0.219，S：0.679±0.055，依据欧洲森林火灾信息系统（EFFIS）阈值，C为未烧/极低，A为低，S为极高。该结果表明火灾后三年，植被结构仍呈现明显的火烈度依赖性恢复格局。
**（2）火灾对哺乳动物多样性的长期影响**
COI引物检测到4个哺乳动物目（啮齿目、翼手目、食肉目、偶蹄目），其中A样地检出全部4目，C样地3目，S样地仅1目；MiMammal引物在所有样地检出2目（啮齿目和食肉目），食肉目相对丰度（92.34%–94.64%）显著高于啮齿目；红外相机记录到食肉目和偶蹄目在所有样地存在，啮齿目仅在C样地出现。尽管各方法检出类群存在差异，NMDS排序显示各方法的95%置信区间椭圆显著重叠，β多样性差异较小。α多样性分析表明，COI数据的Chao和ACE丰富度指数随火烈度升高而显著下降（C vs. S有统计学差异）；MiMammal数据各站点间丰富度相对均匀（约1.8–1.9），A与S间有显著差异；红外相机数据丰富度和多样性指数（Shannon和逆Simpson）随火烈度升高急剧下降，C与A、C与S间差异显著。总体而言，火灾三年后哺乳动物多样性和丰富度仍受显著影响，且随火烈度增加而降低。
**（3）eDNA与贝叶斯网络分析真核生物互作**
基于COI通用引物的eDNA数据，研究构建了包含植物、昆虫、哺乳动物及环境因子（dNBR）的贝叶斯网络。以Pearson r>0.6为显著性阈值，网络中共识别出6个显著连接：其中连接1、5、6为物种–栖息地关联，连接2、3、4为捕食–被捕食关联。具体地，偶蹄目与直翅目、松目与蔷薇目和唇形目之间呈正相关； Littorinimorpha（螺类）与蜘蛛目、蜘蛛目与食肉目之间亦呈正相关。值得注意的是，dNBR未与任何节点直接相连，植物目与偶蹄目间也未发现直接连接。这表明在采样时期，火烈度对生态互作的干扰信号已可忽略，生态系统功能在火灾后三年基本重建。
**（4）监测方法的分类分辨率与序列验证**
在科、属、种水平比较三种方法的分类分辨率：科水平上，COI和MiMammal共同检出2科（松鼠科和鼬科），MiMammal额外检出鼠科，红外相机额外检出鹿科、牛科和猪科；属水平上，COI无满足条件的序列，MiMammal检出2属（狗獾属和姬鼠属），红外相机检出5属；种水平上，MiMammal鉴定出朝鲜姬鼠（*Apodemus peninsulae*）和狗獾（*Meles leucurus*），红外相机鉴定出狗獾、花鼠、獐、中华鬣羚、狍和野猪。狗獾是唯一被两种方法共同检测到的物种。系统发育树分析确认，ASV 1152与韩国狗獾序列相似性最高（99.6%），ASV 7528与朝鲜姬鼠序列聚为一支（100%相似性），从而验证了eDNA序列的真实性，排除了生物信息学人工序列的可能性。
**4. 讨论与结论总结**
讨论部分指出，火灾后植被恢复轨迹取决于火烈度：严重过火区的高温燃烧产生富含养分的炭化层，促进速生草本和灌木生长；而轻度火烧区存活的大型树木因根系完整而竞争养分，抑制下层植被生长。哺乳动物群落的多样性下降可能源于火后植被结构改变：S样地灌木和草本增厚为昆虫提供资源，吸引以昆虫为食的翼手目；但同时也降低了大型偶蹄目动物的可视性，且缺乏顶级捕食者导致食源丰富的A和S样地偶蹄目分布增加，反而降低了群落均匀度。eDNA网络分析揭示了重建的捕食–被捕食关系（如螺类–蜘蛛–獾）和共享栖息地关联（如偶蹄目与直翅目因中度放牧而受益、松目与蔷薇目/唇形目因同步恢复和微环境改良而正相关），且均与火烈度指数无关，表明生态系统功能已基本恢复。多引物策略中，COI适用于群落组成和真核互作分析，MiMammal提供更高的哺乳动物分类分辨率；系统发育树方法较成对相似性方法更能准确验证序列身份。研究结论是：红外相机适合监测大型哺乳动物（偶蹄目），eDNA更适合检测小型哺乳动物（啮齿目）；火灾后三年，尽管生物多样性和丰富度仍受影响（随火烈度增加而下降），但真核生物间的营养关系和栖息地互作已重新建立，呈现积极生态信号。该研究凸显了eDNA结合多引物、多分析方法在森林生态系统健康监测中的潜力，为评估干扰后生态恢复轨迹和复杂种间关系提供了新范式。
