2022-04-22 14:27

环境DNA揭示了暗礁居民

coral reef

一个国际研究小组利用全球海水取样来揭示哪些热带暗礁鱼出现在哪里。为了识别物种和科,他们成功地利用了水中动物残留的DNA。但并不是所有的鱼都能用这种方法追踪。

热带珊瑚礁色彩斑斓、美丽,物种丰富。鱼类的多样性特别高:研究人员估计,珊瑚礁是世界上多达8000种鱼类的家园。

然而,全球变暖和人类活动正以惊人的速度导致珊瑚礁消失,珊瑚礁鱼类的种类和分布位置还没有准确的量化。

原因之一是许多鱼类的生活非常隐秘,彼此非常相似,或者部分生活在公海,因此很难被发现。为了记录一个地区鱼类的存在,生物多样性研究主要依靠潜水员的视觉观察(或捕鱼)。

现在,一种新的方法正在进入生态学领域,它绕过了这些困难:环境DNA (eDNA)。这种新方法的想法是,生物将其遗传物质或部分遗传物质留在环境中。

采用这种方法,研究人员只需在一个地点采集水样,分离其中的DNA(片段)并对它们进行排序,即确定DNA构建块的顺序。然后,他们可以将序列与来自可靠鉴定标本的参考DNA序列进行比较,从而确定该物种是否出现在该地点。

这是一个由法国蒙彼利埃大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员领导的国际团队使用的方法,他们研究的是珊瑚鱼的出现。

2017年和2019年,研究人员在5个热带海洋地区的26个地点收集了226个水样。他们分离并分析了DNA,然后将其分配给相应的物种或科。

多样性增加了六分之一

使用eDNA,研究人员发现珊瑚礁鱼类的多样性比传统的调查方法(如潜水期间的目视观察)高出16%。“多亏了eDNA方法,我们可以比单独观察更快地检测许多鱼类物种和科,”苏黎世联邦理工学院生态系统和景观演变教授Loïc Pellissier说。他是刚刚发表在科学期刊《英国皇家学会学报B:生物科学》上的一项研究的两位主要作者之一。DNA分析仅在两年后就完成了,但为这项研究提供信息的视觉观察来自无数的观察者,覆盖了13年的观察活动。

通过新的方法,研究人员发现了更多的物种在开放水域(远洋)游泳,束缚在珊瑚礁的物种,以及栖息在珊瑚礁的众多洞穴和缝隙中的物种(隐底栖生物)。潜水员看到或识别这种鱼的频率较低。

许多有记录的远洋物种更喜欢公海或深海。有些属于避开潜水员或不永久生活在珊瑚礁的科,如鲭鱼和金枪鱼科的鲭鱼,以及鲨鱼科的鲨鱼(安魂鲨,如黑尖礁鲨)。

这些物种的发现很重要,因为它们通过浮游幼虫阶段或夜间迁徙到珊瑚礁,积极参与到珊瑚礁的功能中。因此,这些鱼类在生态系统中发挥的作用往往被低估。

视觉观察(仍然)是必要的

然而,并不是所有的物种都可以同样容易地用eDNA记录,如濑鱼(唇鱼科)或小鳍鱼(小鳍鱼科)。参考数据库只涵盖了这些物种丰富的科,Pellissier说。由于这些空白,在水样中发现的相当一部分eDNA尚未确定。

为了进一步发展这一方法,研究人员正在努力对更多鱼类的DNA进行测序,并将数据输入参考数据库。尽管如此,潜水仍然需要记录一些用eDNA检测不到的物种,但广州有偿捐卵也需要收集补充信息,如鱼的大小或生物量,这些(目前)还不能从eDNA中恢复。

珊瑚三角的生物多样性非常丰富

研究人员还证实了早期的发现,不同海洋生物区域的物种组成差异很大。例如,在婆罗洲、巴布亚新几内亚和菲律宾之间的“珊瑚三角”,鱼类多样性特别高,比加勒比地区高出5倍。食草动物(包括吃珊瑚的物种)在那里特别多。

根据Pellissier的说法,这与贯穿地球历史的事实有关,珊瑚三角曾经(现在仍然)在构造上非常活跃,产生了广泛的栖息地。在冰河时期,这个海洋区域的表面温度也更稳定,这就是为什么能够呈现出特别高的多样性。

另一方面,加勒比地区更容易受到冰河时代的影响,在寒冷时期,那里的珊瑚礁和鱼类资源都减少了。此外,巴拿马地峡形成于270多万年前,它改变了加勒比海的洋流。这两起事件都导致了更大规模的物种灭绝。