DNA宏条形码揭示极危幼体绿锯鳐（Pristis zijsron）营养生态及其与同域捕食者的食性重叠

《Marine Environmental Research》：DNA Metabarcoding Reveals the Trophic Ecology of Critically Endangered Juvenile Green Sawfish ( Pristis zijsron) and Sympatric Predators

　　

澳大利亚西北部是许多澳大利亚稀有和受威胁板鳃鱼类（elasmobranchs）的栖息地。对于其中许多物种，基础生态学数据仍然缺乏，包括实证食性信息。研究人员对泄殖腔拭子（cloacal swabs）进行DNA宏条形码（DNA metabarcoding）分析，以首次获得对世界自然保护联盟（IUCN）极危绿锯鳐（Pristis zijsron）营养生态（trophic ecology）的实证认识。此外，研究人员还获得了对镰鳍柠檬鲨（Negaprion acutidens）、紧张鲨（Carcharhinus cautus）和黑鳍鲨（Carcharhinus tilstoni/C. limbatus）食鱼性食性（piscivorous diet）的定性认识。共鉴定出20种硬骨鱼类（teleosts）作为绿锯鳐猎物，采样努力覆盖了其总食鱼性食性的估计77.9%。研究人员发现绿锯鳐食性存在个体发育食性转变（ontogenetic dietary shift），随着个体从约800增长至2,500 mm总长（total length, TL），食性从玻璃鱼（Ambassis sp.）转向背毛鲱（Nematalosa come）和?（Echeneis naucrates）。在所有同域捕食者中，绿锯鳐与镰鳍柠檬鲨的食鱼性食性重叠最大，而在所采样板鳃鱼类中最常见猎物是背毛鲱和珍鲹（Caranx ignobilis）。该研究极大地扩展了对澳大利亚绿锯鳐营养生态的认识，尤其是在关键幼体年龄段。结果强调，绿锯鳐复杂的种内和种间食性相互作用需要整体的、基于生态系统的方法，才能有效保护这一高度受威胁物种。

研究背景：板鳃鱼类（elasmobranchs）包括鲨鱼、鳐和鳐类，是约4.2亿年进化的软骨鱼，占据广泛生态位并提供生态系统服务。然而，其海洋丰度估计下降71%，约32%软骨鱼面临灭绝；rhino rays（Rhinopristiformes）中的锯鳐（Pristidae）、楔形鱼（Rhinidae）和巨 guitarfish（Glaucostegidae）最受威胁。尽管“数据缺乏”比例降至13%，多数物种仍缺乏实证物种特异数据，原因包括受威胁、隐秘和迁徙物种采样困难。澳大利亚西北部从 Exmouth Gulf 至 Kimberley 是板鳃多样性热点，也是绿锯鳐（Pristis zijsron）全球重要据点，但商业渔业压力、误捕、栖息地退化和过度捕捞威胁其生存。理解受威胁动物食性对定义功能生态位、识别关键猎物、理解同域物种资源分配至关重要；传统胃含物分析侵入性强且样本少，DNA宏条形码（DNA metabarcoding）提供微创、高分类分辨率和高敏感性替代。因此研究人员用泄殖腔拭子（cloacal swabs）DNA宏条形码研究幼体绿锯鳐营养生态，并假设其随生长向更大猎物发生个体发育食性转变（ontogenetic dietary shift），且与食鱼鲨鱼食性重叠大于与系统发育更近的食无脊椎动物鳐。

研究人员开展的研究、结论与意义：对西北澳捕获的绿锯鳐及镰鳍柠檬鲨（Negaprion acutidens）、紧张鲨（Carcharhinus cautus）、黑鳍鲨（Carcharhinus tilstoni/C. limbatus）等采集泄殖腔拭子，以DNA宏条形码鉴定鱼猎物。共在绿锯鳐中鉴定20种硬骨鱼（teleosts）猎物，采样覆盖其食鱼性食性估计77.9%；发现从玻璃鱼（Ambassis sp.）向背毛鲱（Nematalosa come）和?（Echeneis naucrates）的个体发育转变；绿锯鳐与镰鳍柠檬鲨食鱼性食性重叠最大。该研究极大扩展对澳大利亚绿锯鳐营养生态的认识，尤其关键幼体年龄段，并强调种内种间食性互作需要整体生态系统保护方法。

技术方法：样本来自澳大利亚西北部 Pilbara、Gascoyne 近岸河口与红树林溪流，包括 Fortescue River 河口、Ashburton River 河口及邻近潮汐溪流和 Exmouth Gulf 若干潮汐溪流，以刺网（gill netting）捕获；采集绿锯鳐、镰鳍柠檬鲨、紧张鲨、黑鳍鲨、巨型铲吻鳐（Glaucostegus typus）和瓶鼻楔形鱼（Rhynchobatus australiae）泄殖腔拭子，另采集2份绿锯鳐粪便和12份全流程阴性对照。主要方法包括DNA提取、12S MiFish-U 标记扩增、Illumina NextSeq 2000 测序；QIIME2、DADA2、VSEARCH 与 MitoHelper 12S rRNA 参考数据库进行生物信息学处理，decontam 去污染、宿主过滤和 presence/absence 表构建；分析使用 iNEXT 覆盖度稀疏外推、bipartite 网络、Levin 标准化生态位宽度、连接度、Jaccard 相异矩阵、PERMANOVA（permutational multivariate analysis of variance，置换多元方差分析）、db-RDA（distance-based redundancy analysis，基于距离的冗余分析）、PCoA（principal coordinate analysis，主坐标分析）和 PERMDISP（permutational analysis of multivariate dispersions，多元离散度置换分析）。

研究结果：
绿锯鳐食性：基于38份提交样本中16份信息样本，采样覆盖绿锯鳐种群食鱼性食性估计77.9%；达到90%覆盖需39份信息样本或按分子空胃指数57.9%计93个个体。16样本双邻接网络显示20种硬骨鱼和2种板鳃类猎物。最常检测的是玻璃鱼（50%）和鲻科（Mugilidae，含 Moolgarda seheli，31%）。Ambassis sp. 仅在<1,600 mm TL个体中检测，而 Echeneis naucrates、Nematalosa come 和 Sardinella gibbosa 仅在≥1,600 mm个体中检测。两样本含镰鳍柠檬鲨DNA，一尾2,350 mm绿锯鳐含楔形鱼 Rhynchobatus sp. DNA。Levin 标准化生态位宽度0.621，连接度0.136。PERMANOVA显示总长显著影响食性（pseudo-F_1,14=2.10，R²=0.13，p=0.02），但仅解释13%变异；db-RDA显示小个体与 Ambassis sp. 关联，大个体与 Echeneis naucrates、Nematalosa come 和 Thrissina baelama 关联。
同域捕食者的食鱼性食性：45份来自五种同域捕食者的泄殖腔拭子均扩增测序，11份通过过滤保留。鱼猎物DNA仅从2/21份巨型铲吻鳐和瓶鼻楔形鱼拭子中恢复，而9/24份鲨鱼样本含鱼猎物DNA。27个猎物类群中14个鉴定到种，10个到属，3个到科。镰鳍柠檬鲨与绿锯鳐重叠最大，共享6个（75%）检出猎物种。最广泛消费的硬骨鱼为 Nematalosa come 和 Caranx ignobilis。猎物生态区以礁关联为主（58.3%）。PCoA基于Jaccard相异捕获28.7%总变异，绿锯鳐与镰鳍柠檬鲨聚类紧密，黑鳍鲨重叠最低。PERMANOVA显示四种水生捕食者食鱼性食性显著差异（pseudo-F_3,21=1.58，p=0.011，R²=0.185），仅绿锯鳐与黑鳍鲨成对差异显著（pseudo-F=2.53，p_adj=0.01）。PERMDISP显示显著异质性（F_3,21=4.63，p=0.046），但成对离散度无显著差异。

讨论总结：讨论指出，本研究是迄今对极危绿锯鳐食性最全面调查，将硬骨鱼猎物记录从8种扩展至24种，覆盖研究区幼体食鱼性食性约78%。分子空胃指数57.9%，与 Peverell 胃含物分析66.7%相近，不同方法空胃指数不可直接比较。Levin指数和连接度首次定量描述绿锯鳐食性生态位：种群水平泛化，个体水平特化；总长仅解释13%变异，其他因素如个体栖息地利用、觅食地点忠诚和时空猎物可用性可能重要。绿锯鳐出生约750–900 mm，成熟约3,300–3,800 mm TL，本研究个体约800–2,500 mm，属年轻当年至约4–5龄。小个体食 Ambassis sp. 可能与口裂限制有关，大个体转向更大猎物。个体发育转变与栖息地利用相关，幼体占据浅海沿岸，礁关联猎物常见。Echeneis naucrates DNA检测提示其与鳐/鲨关系复杂，但原文未作确定捕食结论。同域捕食者中，镰鳍柠檬鲨与绿锯鳐重叠最大，Caranx ignobilis 和 Nematalosa come 为多种捕食者共享猎物。巨型铲吻鳐和瓶鼻楔形鱼食鱼性检测少，鳐类泄殖腔中鱼DNA可能来自真实捕食、环境信号或次级捕食，需谨慎解释。保护上，需维持完整沿海和河口食物网，管理猎物资源和种间竞争。
研究结论翻译：本研究为澳大利亚西北部幼体绿锯鳐的食性生态提供了前所未有的见解，表明该物种在种群水平上是泛化捕食者，但在个体尺度上是特化捕食者。随着幼体绿锯鳐生长，个体食性向更大猎物转变，部分驱动了个体特化。绿锯鳐20种不同硬骨鱼猎物类群的检测强调维持完整、高产沿海和河口食物网的必要性；否则，这些猎物资源耗竭可能限制其营养生态，减少食性特化，并威胁该区域锯鳐恢复。此外，绿锯鳐与同域鲨鱼的食性重叠提示种间竞争，若猎物资源受损可能失稳。因此，在主要威胁管理有限时，应应用纳入种内和种间营养关系并管理猎物资源的生态系统方法以提高保护成功率。