明明物種豐富，eDNA卻測不出？熱帶紅樹林基因數(shù)據(jù)“系統(tǒng)性失蹤”

本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）
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紅樹林生態(tài)系統(tǒng)。?攝影：王敏幹（John MK Wong） | 海潮天下（Marine Biodiversity）

海潮天下·導(dǎo)讀

紅樹林空有豐富的物種，卻連最先進的環(huán)境DNA技術(shù)都“查無此人”？這篇由多國學(xué)者歷時48年文獻梳理完成的干貨研究，首次揭示了熱帶紅樹林eDNA監(jiān)測面臨的基因參考庫斷層現(xiàn)狀：在999種已知紅樹林動物中，近三成物種基因數(shù)據(jù)完全空白，無脊椎動物及部分核心魚類面臨“系統(tǒng)性失蹤”。這個研究詳細拆解了經(jīng)典標記物的覆蓋率漏洞，并務(wù)實探討了如何通過“eDNA+傳統(tǒng)調(diào)查”破局，是一篇值得一讀的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)實戰(zhàn)痛點解析。（編者按：Linda）

本文約3900字，閱讀約8分鐘

文 | 王海詩

出品 | 海潮天下

過去十多年里，環(huán)境DNA（#eDNA）被視為生態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域最具變革性的技術(shù)之一。科學(xué)家不必捕捉動物，只需從水體、沉積物甚至空氣中提取遺留的DNA片段，便有機會重建一個區(qū)域的生物多樣性圖譜。對于地形復(fù)雜、生物隱蔽、調(diào)查成本高昂的紅樹林而言，這項技術(shù)尤其令人期待。

但是，近日一項由菲律賓學(xué)者發(fā)表于《環(huán)境DNA》（Environmental DNA）期刊上的最新研究揭示了一個鮮少被關(guān)注的情況。在全球熱帶紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中，許多動物即便已經(jīng)被科學(xué)界記錄和命名，卻依然無法被eDNA技術(shù)準確識別。原因呢，并不在于它們不存在，而是因為，它們的“身份證信息”從未被錄入基因數(shù)據(jù)庫。

48年999種動物大摸底

這項由菲律賓、澳大利亞等多國研究人員合作完成的研究，系統(tǒng)梳理了近半個世紀以來關(guān)于熱帶紅樹林動物群落的資料。該研究團隊從1976年~2024年的文獻中整理出999種已知生活于熱帶紅樹林中的動物，并逐一核查這些物種在主流遺傳數(shù)據(jù)庫中的基因參考序列覆蓋情況。結(jié)果顯示，約29%的物種完全缺乏任何可用于eDNA鑒定的參考基因數(shù)據(jù)。

換句話說，即使這些物種真實存在于采樣區(qū)域，即使它們釋放出的DNA已經(jīng)被檢測到，研究人員仍然可能無法知道它們是誰。

環(huán)境DNA監(jiān)測的核心邏輯其實并不復(fù)雜。采樣獲得的DNA序列本身并不能直接告訴研究人員對應(yīng)的是哪種生物，得跟已有的參考數(shù)據(jù)庫進行比對，才能完成物種鑒定。

就像指紋，這枚指紋本身（采樣獲得的DNA序列）只是一堆紋理線條，它不會直接告訴你“這是張三的指紋”，得把它跟指紋庫里比對了之后（對應(yīng)與參考數(shù)據(jù)庫比對），才能找出它匹配的是張三、李四，還是庫里沒有的人。又比如人臉識別系統(tǒng)需要先錄入照片，可如果數(shù)據(jù)庫中沒有某個人的面部信息，再先進的算法也無法給出正確身份。因此，參考庫的完整程度，往往決定了eDNA調(diào)查的最終識別能力。

該研究發(fā)現(xiàn)，紅樹林生態(tài)系統(tǒng)恰恰存在這樣的“數(shù)據(jù)庫短板”。

在調(diào)查涉及的999個物種中，僅有約71%能夠在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中找到至少一種常用DNA標記序列。剩余近三成物種則處于完全缺失狀態(tài)。特別值得關(guān)注的是，這種缺失并非隨機分布，而是集中出現(xiàn)在一些生態(tài)功能重要、但長期被研究忽視的類群。

（圖文無關(guān)）珠海淇澳島紅樹林濕地保護區(qū)的招潮蟹。該保護區(qū)位于伶仃洋畔，有大片茂密的紅樹林。這片濕地生態(tài)系統(tǒng)，為眾多鳥類、魚類和其他海洋生物提供了棲息和繁衍的場所，也發(fā)揮著防風固浪、凈化水質(zhì)等重要的生態(tài)功能。?張效唯 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

無脊椎動物，“黑戶”

無脊椎動物成為最明顯的“失蹤人口”（種群）。

螃蟹、蝦類、多毛類環(huán)節(jié)動物以及軟體動物等底棲生物是紅樹林食物網(wǎng)的重要組成部分，它們參與有機質(zhì)分解、沉積物翻動以及營養(yǎng)循環(huán)過程，也是眾多魚類和鳥類的重要食物來源。然而在基因數(shù)據(jù)庫中，這些類群的覆蓋率遠低于脊椎動物。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，一些紅樹林優(yōu)勢蟹類甚至完全缺乏標準條形碼序列。對于依賴eDNA開展群落分析的研究人員來講，這意味著即使采樣成功，也可能低估這些關(guān)鍵類群的存在。

令人意外的是，即便在研究相對充分的魚類中，也好不了多少，同樣存在這個問題。

紅樹林被認為是許多經(jīng)濟魚類的重要育幼場，但，部分紅樹林特有魚類和區(qū)域性魚種依然缺乏足夠的基因參考數(shù)據(jù)。研究顯示，在不同DNA標記體系下，魚類的可識別比例差異顯著，一些物種只能被部分標記識別，而另一些則完全游離于數(shù)據(jù)庫之外。

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警報！熱帶雨林正以肉眼可見速度消亡，60%或?qū)⒆兂苫哪祟愔皇Ｗ詈笫辏?br/>

（圖文無關(guān)）橫跨印度與孟加拉國的孫德爾本斯（Sundarbans）地區(qū)，是全球最大的連續(xù)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)潮汐漲落頻繁、水道縱橫交錯，構(gòu)成了極具挑戰(zhàn)性的生存環(huán)境。棲息于此的孟加拉虎（Panthera tigris tigris）種群，通過一系列生理與行為上的特化，成功地適應(yīng)了這種咸淡水交匯的迷宮。這些老虎成為了出色的泳者，能夠長時間在寬闊的潮汐河道中泅渡，跨越水道，搜尋在各個島嶼間隔離分布的獵物，有效地利用了這片破碎化的領(lǐng)地。它們還查魚類、螃蟹甚至大型爬行動物。▲上圖：孟加拉虎的適應(yīng)。?藝術(shù)家：Arijit Dos | Linda Wong 攝于阿聯(lián)酋

技術(shù)問題在哪兒？

這也暴露出另一個長期被忽視的問題：并非所有DNA標記都同樣有效。

當前eDNA監(jiān)測最常使用的幾個基因片段包括COI、12S、16S和18S等，它們各自針對不同生物類群具有不同識別能力。研究團隊對這些經(jīng)典標記進行了系統(tǒng)評估后發(fā)現(xiàn)，沒有任何單一標記能夠覆蓋全部紅樹林動物。

其中，COI作為全球動物DNA條形碼計劃的核心標記，整體覆蓋率最高，但在部分魚類檢測中表現(xiàn)并不理想。12S和16S在脊椎動物中效果較好，卻無法充分反映無脊椎動物多樣性。18S雖然適用范圍廣，但在物種分辨率方面存在局限。

因此，即便數(shù)據(jù)庫不斷擴充，僅依賴單一標記開展監(jiān)測仍可能遺漏大量物種信息。

對于正在快速推廣的eDNA技術(shù)而言，這項研究提供了一個重要提醒：檢測能力與識別能力并不是同一個概念。

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紅樹林是天然的“海岸衛(wèi)士”。其發(fā)達的支柱根、呼吸根和板狀根構(gòu)成密集的立體網(wǎng)絡(luò)，能有效消浪、促淤、固灘。在臺風或風暴潮來襲時，可顯著降低波浪能量，減少海水對岸線的侵蝕，保護后方農(nóng)田、村莊和基礎(chǔ)設(shè)施免受破壞。?攝影：王敏幹（John MK Wong）|海潮天下（Marine Biodiversity）

先得給紅樹林中的物種“上戶口”，積累數(shù)據(jù)

近年來，隨著高通量測序成本持續(xù)下降，環(huán)境DNA檢測變得越來越容易。許多項目能夠在一次測序中獲得數(shù)百萬條DNA序列，但如果缺乏對應(yīng)的參考數(shù)據(jù)，這些序列最終只能被歸類為“未知物種”或停留在屬、科等較高分類層級。

（圖文無關(guān)）第二十屆國際基因組學(xué)大會武漢專場（ICG-20 Wuhan）探討了“組學(xué)與人工智能在生物多樣性中的應(yīng)用”，會上，來自澳大利亞科學(xué)院院士、堪培拉大學(xué)杰出教授Arthur Georges做了一個《A glimpse into the future》主題報告里面講到利用組學(xué)技術(shù)解決生物多樣性監(jiān)測與演化機制問題，里面也提到參考基因組或條形碼數(shù)據(jù)庫對于識別或追溯物種演化路徑的重要性。?Linda Wong 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

從技術(shù)角度看，問題已不是測序儀器的問題了，現(xiàn)在更多的是基礎(chǔ)生物學(xué)數(shù)據(jù)積累。

研究作者因此提出，未來紅樹林生態(tài)監(jiān)測不能簡單地把eDNA視為傳統(tǒng)調(diào)查的替代品。相反，在基因參考庫尚未完善的階段，兩者需要形成互補關(guān)系。

傳統(tǒng)調(diào)查能用標本采集、形態(tài)鑒定來確認物種存在，并進一步補充其基因序列信息；環(huán)境DNA則能夠在更大空間尺度和更低干擾條件下開展長期監(jiān)測。當兩種方法結(jié)合使用時，既能提升物種發(fā)現(xiàn)能力，也可以持續(xù)的完善參考數(shù)據(jù)庫本身。

事實上，這種“邊監(jiān)測、邊建庫”的思路正在成為全球生物多樣性研究的新趨勢。越來越多研究人員開始意識到，環(huán)境DNA革命的真正瓶頸，可能不在實驗室，而在那些尚未被測序、尚未被數(shù)字化記錄的野外物種的身上。

對于紅樹林這樣的熱點生態(tài)系統(tǒng)而言，這一點頗重要。紅樹林面積僅占全球熱帶森林的一小部分，卻支撐著高度復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，并承擔著海岸防護、碳儲存和漁業(yè)資源培育等多重生態(tài)功能。如果監(jiān)測體系無法準確識別其中的重要成員，對生態(tài)變化的判斷也可能出現(xiàn)偏差。

從某種意義上說，環(huán)境DNA正在讓科學(xué)家獲得前所未有的“看見能力”。但這項研究提醒，看見并不等于認出。當越來越多DNA信號從紅樹林水體中被讀取出來時，仍有相當數(shù)量的生物停留在數(shù)據(jù)庫之外，成為無法命名的存在。

該研究指出，未來紅樹林生物多樣性監(jiān)測的發(fā)展，很大程度上將取決于一個看似基礎(chǔ)卻至關(guān)重要的工作，那就是，先“上戶口”、給這些物種建立屬于自己的基因檔案。

思考題·舉一而反三

【海潮天下·寫在文末】

其實，這篇研究作為一家之言，若是從傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)論文的標準來看，這篇論文未必屬于“方法學(xué)突破”或“重大發(fā)現(xiàn)”類型；但如果從eDNA領(lǐng)域的發(fā)展階段來看，多多少少算是某種“基礎(chǔ)設(shè)施診斷報告”，還是有啟發(fā)的。當前eDNA技術(shù)轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力時最核心的“七寸”在哪兒？

eDNA領(lǐng)域過去十幾年經(jīng)歷了一種典型的發(fā)展軌跡。前期重點解決“能不能測出來”，中期關(guān)注“測得準不準”，而現(xiàn)在越來越進入“測出來之后究竟代表什么”的階段。

畢竟eDNA不單單只是一個測序技術(shù)問題，它是由多個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來的一種體系。從采樣→DNA提取→PCR擴增→測序→生物信息學(xué)分析→參考數(shù)據(jù)庫匹配→生態(tài)學(xué)解釋……

回頭看，過去十年，其實行業(yè)投入最大的其實主要還停留在前半部分。隨著測序平臺越來越便宜，引物不斷優(yōu)化，生信流程越來越標準化，檢測靈敏度不斷提高，但參考數(shù)據(jù)庫建設(shè)一直是最慢的一環(huán)。也就是說，實驗室端已經(jīng)進入“工業(yè)化時代”，數(shù)據(jù)庫端卻仍停留在“手工作坊時代”。事實上，很多eDNA研究都存在類似問題。很多研究報告中的“未識別OTU”，本質(zhì)上未必就代表真的有發(fā)現(xiàn)新物種，而可能只是數(shù)據(jù)庫沒收錄罷了。換句話講，檢測不到≠不存在。如果決策者不了解數(shù)據(jù)庫局限性，很容易出現(xiàn)誤判。

數(shù)據(jù)庫建設(shè)雖然不那么“酷”、那么好玩，卻決定整個體系的上限。數(shù)據(jù)庫本身正在成為核心資產(chǎn)。就跟遙感、現(xiàn)在熱門的ai一樣，今天真正有價值的往往不是算法本身，而是長期積累的高質(zhì)量訓(xùn)練數(shù)據(jù)。預(yù)計，未來幾年最有效率的路線可能不是eDNA替代傳統(tǒng)調(diào)查，而是傳統(tǒng)調(diào)查+eDNA→共建參考庫→再實現(xiàn)規(guī)模化eDNA監(jiān)測。這實際上是國際生物多樣性監(jiān)測體系正在發(fā)生的轉(zhuǎn)變。

對于中國科研人員來說，我們國家近年投入巨大，有全球面積最大的溫帶人工紅樹林恢復(fù)工程之一，也得天獨厚的本來就有大量濱海濕地、河口、珊瑚礁和海草床生態(tài)系統(tǒng)。但客觀地說，相較于歐美一些區(qū)域數(shù)據(jù)庫項目，我們在海洋無脊椎動物、底棲生物、熱帶海岸帶生物的條形碼建設(shè)上，可能還是存在一些明顯缺口的。當測序技術(shù)高速前進時，分類學(xué)和參考數(shù)據(jù)庫建設(shè)是否跟得上。往往，最前沿的技術(shù)，最終仍然依賴最基礎(chǔ)的自然史工作。沒有可靠的物種學(xué)基礎(chǔ)，再先進的分子工具也難以充分發(fā)揮價值。以后科研/生態(tài)修復(fù)的直徑的投入重點，除了測序能力，可考慮更多的轉(zhuǎn)向標本采集、分類學(xué)鑒定、區(qū)域參考庫建設(shè)、標準化序列驗證。

本文參考資料
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Cooper, E. K. T., J. P.Trillo, E. J. A.Tucong, et al. 2026. “Genetic Reference Gaps Limit eDNA Metabarcoding and Biodiversity Monitoring of Tropical Mangrove Ecosystems.” Environmental DNA8, no. 3: e70280. https://doi.org/10.1002/edn3.70280.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/edn3.70280

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資訊源 | Cooper, E. K. T., J. P.Trillo, E. J. A.Tucong, et al. 2026

文 | 王海詩

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年6月

聯(lián)系小編 | editor@oceanbiodiversity.cn

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