《Ecosphere》：Monitoring dolphinfish catches and diel assemblage fluctuations using eDNA at fish-aggregating devices
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摘要：集鱼装置(Fish-aggregating devices, FADs)是为吸引鱼类而设计的人造物体，旨在促进海洋表层物种的空间异质性聚集，其改变了大洋性渔业的结构并进而影响鱼类分布及种间相互作用。FADs最主要的靶标物种之一为鬼头鲯鳅(Coryphae
摘要：集鱼装置(Fish-aggregating devices, FADs)是为吸引鱼类而设计的人造物体，旨在促进海洋表层物种的空间异质性聚集，其改变了大洋性渔业的结构并进而影响鱼类分布及种间相互作用。FADs最主要的靶标物种之一为鬼头鲯鳅(Coryphaena hippurus)，在地中海具有较高商业价值，但鬼头鲯鳅与FADs间的互作关系及FADs所吸引鱼类群聚的组成仍知之甚少。环境DNA宏条形码测序(environmental DNA metabarcoding, eDNA metabarcoding)已成为渔业管理的有力工具。研究人员于2023年1月某次鬼头鲯鳅捕捞日，使用被动eDNA采样器(即metaprobe)采集了马耳他海域5个FADs周边的鱼类群聚信息，分昼夜(diel)时段取样：3个站点于昼间(diurnal)相位采样，2个站点于晨昏—傍晚(crepuscular-evening)相位采样。通过扩增线粒体12S基因区(引物Elas02)，研究人员探究了鬼头鲯鳅渔获生物量与转化后reads数的关系，并调查了FADs关联鱼类群聚组成。结果显示鬼头鲯鳅eDNA转化reads数与生物量呈正相关(线性回归模型，R2= 0.62，p < 0.05)。FADs吸引的鱼类群聚在昼间与晨昏—傍晚相位间发生显著变化；指示种分析(indicator species analysis)鉴定出4种物种为晨昏—傍晚相位的指示种(Diaphus rafinesquii、Hygophum benoiti、Hygophum hygomii及Lampanyctus pusillus)。相似百分比分析(Similarity Percentage analysis, SIMPER)识别出7种物种是鬼头鲯鳅渔获生物量站点间差异的主要贡献者，其中4种(Sardina pilchardus、Trachurus trachurus、Engraulis encrasicolus及Chelon labrosus)其转化reads数与鬼头鲯鳅渔获生物量呈显著关系。尽管样本量有限，本研究凸显了低成本被动eDNA采集评估FADs周边大洋性鱼类群聚组成的潜力，增进了对此类渔具周边生态动力学的理解，有助于优化捕捞效率并促进可持续渔业管理策略的制定。
论文解读：《Ecosphere》——利用被动环境DNA(eDNA)宏条形码测序评估集鱼装置(FAD)周边鬼头鲯鳅(Coryphaena hippurus)渔获量及鱼类群聚昼夜波动
【研究背景与意义】
大洋性鱼类中，鬼头鲯鳅(Coryphaena hippurus)是地中海小型渔业重要的高值目标种，渔民常借助集鱼装置(Fish-aggregating devices, FADs)诱导其聚集以提高捕捞效率。然而，鬼头鲯鳅与FADs的生态互作机制尚不明晰，FADs所吸引的完整鱼类群聚组成及其昼夜(diel)动态亦缺乏系统表征。传统网具渔获受选择性偏差限制，难以全面反映共存物种信息。环境DNA宏条形码测序(environmental DNA metabarcoding, eDNA metabarcoding)可同步检测水体中多分类单元，为渔业资源调查提供新手段；其中被动eDNA采样器(如metaprobe)避免了大体积主动过滤的繁琐，适合结合渔业作业开展机会性采样。基于此，研究人员以马耳他海域FADs鬼头鲯鳅捕捞活动为载体，首次在远洋环境中应用metaprobe被动采集eDNA，旨在：(1) 检测FADs处昼间(diurnal)与晨昏—傍晚(crepuscular-evening)两时段的鱼类群聚；(2) 探讨eDNA转化序列reads数与鬼头鲯鳅实际渔获生物量的定量关系，为FADs生态学与可持续渔业管理提供分子生态学依据。该论文发表于《Ecosphere》。
【主要关键技术方法】
研究人员随商业捕捞船在马耳他西爱奥尼亚海(GSA15)5个FAD站点采样，其中3站昼间、2站晨昏—傍晚；随围网作业将含无菌纱布的3D打印被动eDNA采样器(metaprobe)投入网内浸没7–11 min吸附eDNA，随后乙醇固定保存。提取DNA后以Elas02引物扩增12S rRNA基因线粒体区段(~171 bp)，Illumina MiSeq双端测序；生物信息学流程经Cutadapt修剪、QIIME2中DADA2去噪获得扩增序列变体(amplicon sequence variant, ASV)，比对地中海鱼类定制数据库注释，并用microDecon基于阴性对照去除污染reads。统计上对reads数做四次方根(fourth-root)变换并除以浸泡时间得"转化reads数(transformed read counts)"；以Spearman相关及线性回归检验其与鬼头鲯鳅渔获生物量关系；α多样性(t检验)、非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling, nMDS)与相似性分析(analysis of similarity, ANOSIM)比较昼夜群聚差异；指示种分析(indicator species analysis)与相似百分比分析(Similarity Percentage analysis, SIMPER)识别特征种及生物量差异贡献种。
【研究结果】
Fishing results of C. hippurus(鬼头鲯鳅渔获结果)
5个FAD站点共捕获鬼头鲯鳅平均24.4尾/站、平均生物量37.96 kg/站；最高生物量(80.4 kg，54尾)出现于昼间站点D_M1，最低(13.7 kg，9尾)出现于昼间站点D_M2，晨昏—傍晚两站生物量介于15.3–27.4 kg。表明FADs间鬼头鲯鳅聚集密度存在空间差异。
Sequencing results(测序结果)
原始reads 3,805,026条，质控拼接后获52,783条合并reads代表115个ASV；ASV累积曲线趋近饱和，各样品稀释(rarefaction)曲线达渐近线，说明取样与测序深度足以反映检出多样性。去污染后保留51,874条reads，注释为31个分类单元。鬼头鲯鳅eDNA转化reads数与实测渔获生物量呈极显著强正相关(Spearman rs= 0.975，p < 0.01)，线性回归R2= 0.62，p < 0.05，表明经四次方根变换并校正浸泡时间的eDNA reads可估算鬼头鲯鳅现存量。α多样性(物种丰富度)昼间站点均值低于晨昏—傍晚站点(分别为9–11种与14–23种)，t检验未拒绝无差异原假设(p > 0.05)。nMDS排序显示昼间与晨昏—傍晚样品沿MDS1轴明显分离(线性回归R2= 0.77，p < 0.01)，ANOSIM证实群聚组成受昼夜相位显著影响(R = 0.46，p < 0.05)。指示种分析鉴定Diaphus rafinesquii、Hygophum benoiti、Hygophum hygomii及Lampanyctus pusillus为晨昏—傍晚相位显著指示种(p < 0.05)，无昼间专属指示种。SIMPER分析揭示7种对站点间鬼头鲯鳅生物量差异贡献>5%，其中Trachurus trachurus、Sardina pilchardus、Engraulis encrasicolus及Chelon labrosus的eDNA转化reads数与鬼头鲯鳅渔获生物量呈显著正相关(线性模型)，其余3种(Diaphus rafinesquii、Hygophum hygomii、Macroramphosus scolopax)无显著关联，提示后者可能为FADs伴随聚合而非被捕食猎物。
【讨论与结论翻译】
本研究系首次将metaprobe被动采样法应用于远洋域FADs鬼头鲯鳅捕捞场景下的eDNA研究。尽管站点数少，ASV丰富度趋近饱和且测序深度足够；样本间总转化reads差异可能源于DNA提取或PCR扩增偏差，后续需扩大样本量与时空重复验证。鬼头鲯鳅eDNA转化reads数与渔获生物量呈正相关，说明四次方根变换并结合浸泡时间校正可为被动eDNA宏条形码提供量化框架，但结果尚不可推广。FADs吸引的鱼类群聚组成受昼夜相位显著影响，4种灯笼鱼科种类为晨昏—傍晚特征种，与已知昼夜垂直迁移及FAD聚合行为相符。SIMPER鉴定7种为主要生物量差异贡献种，其中4种已知鬼头鲯鳅猎物(S. pilchardus、T. trachurus、E. encrasicolus、C. labrosus)eDNA信号随鬼头鲯鳅生物量升高而增加，支持鬼头鲯鳅为机会性视觉捕食者，聚集于饵料丰富的FADs而非单纯响应昼夜变化。被动eDNA采样可辅助渔业管理，未来需多年度大尺度采样并拓展至多物种以巩固定量关系。
结论(原文浓缩)：本研究探索了metaprobe在远洋环境中的初步应用，证明被动eDNA宏条形码可有效评估FADs周边鬼头鲯鳅生物量及鱼类群聚昼夜波动。经浸泡时间校正的四次方根转化reads数与鬼头鲯鳅生物量呈正向关系，彰显eDNA宏条形码在考虑浸泡时间前提下的定量潜力，但仍需进一步验证。尽管样本有限且聚焦单物种，研究强调了被动eDNA采集解析FADs鱼类群聚动力学、优化捕捞效率及推动可持续渔业管理的价值；后续应通过扩大采样(多年、大尺度)及纳入多物种生物量信息来验证上述发现。
