不用紅外相機，靠螞蟥也能做生物多樣性調查？淡水水蛭iDNA監測

海潮天下·導讀

過去用無脊椎動物衍生DNA（iDNA）監測脊椎動物的研究，多聚焦于印太地區，且主要利用山蛭科（Haemadipsidae）的陸生吸血螞蟥，而水生吸血、捕食性以及寄生于無脊椎動物的螞蟥則基本被忽略。針對這一研究空白，由哥本哈根大學克里斯蒂娜·林高（Christina Lynggaard）和墨西哥國家自治大學亞歷杭德羅·奧塞格拉-菲格羅亞（Alejandro Oceguera-Figueroa）等人組成的國際研究團隊開展了一項多物種、大尺度的評估工作，他們的研究成果于2021年發表在《分子生態學資源》期刊上。該研究首次證明，利用水生螞蟥胃容物中的殘留DNA，能有效追蹤水生及周邊的脊椎動物，還能為監測無脊椎動物的多樣性提供全新途徑，成功將螞蟥iDNA監測技術的應用范圍拓展至北美地區。

本文約4300字，閱讀約8分鐘

文 | 王芊佳

出品 | 海潮天下

過去十多年里，螞蟥在生物多樣性調查領域完成了一次頗具戲劇性的“身份”轉變。

最初，人們關注的是熱帶雨林里的陸生吸血螞蟥。這些生活在林下落葉層中的小動物會吸食野生動物的血液，而血液中的DNA則被保存下來。科學家由此獲得了一種尋找隱秘動物的新方法。許多珍稀哺乳動物的活動線索，正是通過分析螞蟥體內殘留的遺傳物質被發現的。

不過，在這一研究方向不斷發展的過程中，一個問題始終沒有得到充分回答：難道，只有吸血螞蟥才有價值嗎？

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▲上圖：一頭奶牛的乳房上被水蛭叮咬后的傷口。畫面中可以清晰看到水蛭吸血后留下的呈三角形或“Y”字形的切口痕跡。?Mohammad Golkar（CC BY-SA 4.0）

01

難道，只有吸血的螞蟥才有研究價值？

從生物學角度看，這種假設其實并不合理。

現生螞蟥約有700多種，真正以吸食脊椎動物血液為生的，只是其中一部分。更多種類的螞蟥不靠這個，它們生活在湖泊、池塘、溪流和濕地里，有些捕食小型無脊椎動物，有些吸取獵物體液，來獲取營養；還有一些兼具多種取食方式。它們同樣會把食物吞入消化道，也同樣地會把獵物的DNA帶進體內。

（圖文無關）▲上圖：醫用水蛭在現代臨床醫學，特別是斷肢再植與成形外科手術中用于改善局部血液循環、緩解靜脈淤血。上圖是一條醫用蛭（Hirudo medicinalis，通稱醫用螞蟥）正在進行吸血。該個體正處于吸血過程中，消化道（特別是巨大的盲囊）因儲藏血液而顯著膨脹，身體后部呈現出飽滿的圓柱狀，皮膚表面由于拉伸而顯得光滑。?GlebK（CC BY-SA 3.0）

如果這些DNA能夠被檢測出來，那么，螞蟥的作用或許遠不只是尋找哺乳動物了。

正是在這樣的背景下，來自丹麥、加拿大和墨西哥的研究團隊展開了一項頗具開拓性的研究。

研究人員在加拿大和墨西哥采集了116只螞蟥，涉及6個科、8個屬以及3種不同的取食類型。其中既包括傳統意義上的吸血螞蟥，也包括捕食性螞蟥和吸食體液的螞蟥。與以往多數研究聚焦于某一種螞蟥不同，這次研究試圖回答一個更基礎的問題：不同生活方式的螞蟥，究竟能夠記錄哪些生物信息呢？

隨后，研究人員提取了這些螞蟥消化道中的DNA，并利用高通量測序技術分析其中殘留的遺傳信息。

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▲上圖：一種石蛭屬水生螞蟥。物種未知。?Linda Wong 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

02

吸血vs不吸血，這群螞蟥帶來了什么新消息？

結果遠比預想豐富。

在吸血螞蟥體內，研究人員發現了龜類、魚類、鳥類、兩棲動物、以及人類的DNA。粗足泥龜、墨西哥泥龜、夜鷺、青蛙和羅非魚等動物，都出現在了測序結果中。不同螞蟥似乎對應著不同的宿主群體，有的主要吸食魚類，有的偏向龜類，有的則能夠利用兩棲動物資源。

（圖文無關）上圖是一種我國的稻田、溝渠、池塘和湖泊等淡水水域中常見的螞蟥——疑似寬體金線蛭（Whitmania pigra）。它的主要食物是生活在水中的無脊椎動物，比如各種淡水螺類（包括福壽螺、田螺等）以及蚌類。它并不吸食人畜的血液，而是通過吸盤固定住螺類，用唾液中的流體物質溶解或直接捕食螺類的軟組織。?虹羽 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

真正令人意外的發現，出現在那些從不吸血的螞蟥身上。

長期以來，科學界普遍認為這類螞蟥在生態監測中的價值有限。畢竟它們不大會主動去接觸大型脊椎動物，也不會儲存血液樣本。但測序結果顯示，它們體內保存著大量無脊椎動物的信息。

研究人員檢測到了搖蚊、石蛾、蜉蝣、蚊蟲、寡毛類環節動物、甲殼動物以及軟體動物等多種生物。更有意思的是，一些螞蟥甚至會捕食其他螞蟥。同類相食并非研究者原本關注的內容，卻被DNA分析意外記錄了下來。

這種結果，改變了人們對螞蟥監測能力的理解。

在傳統觀念里，螞蟥只是動物DNA的搬運工。如今看來，它們更像是環境信息的收集器。不同種類的螞蟥活動于不同生態位，接觸不同生物群體，因此，它們記錄下來的信息也各不相同。

一只吸血螞蟥或許告訴我們附近有哪些脊椎動物活動；一只捕食性螞蟥則可能反映底棲無脊椎動物群落的組成情況。

換句話說，科學家過去實際上只利用了螞蟥監測潛力的一部分。

(圖文無關) ▲上圖：野外，一條水蛭（環節動物門環帶綱）在捕食蛞蝓（軟體動物門腹足綱）。?Manuel Krueger-Krusche

03

原來，墨西哥迪氏蛭不喝血，它們吃的是蚯蚓

這個論文中還有一個頗有意思的發現。

研究對象之一是一種名為墨西哥地螞蟥的陸生種類——墨西哥迪氏蛭（Diestecostoma mexicana）。過去，研究人員一直不確定它究竟是不是吸血動物，因為它經常與蠑螈生活在同一環境中，有學者猜測，它可能以脊椎動物血液為食。

但這次，測序結果卻給出了完全不同的答案。

在所有檢測樣本中，研究人員發現的都是蚯蚓等寡毛類動物的DNA，而沒有任何脊椎動物遺傳信息。這意味著，這種螞蟥并非吸血者，而是一種專門捕食環節動物的掠食者。于是乎，一個持續數十年的推測，也因此獲得了分子證據支持。

04

eDNA載體，遠不止以前理解的范圍

對于生物多樣性監測而言，這項研究的意義或許不在于發現了某一種新的調查技術，而在于擴大了人們對“eDNA載體”的理解。

過去提到環境DNA，人們首先想到的是水樣、土壤樣品或者空氣樣品。后來，吸血螞蟥被證明能夠攜帶宿主信息。如今，這項研究進一步表明，許多并不吸血的螞蟥，同樣能夠充當生態信息的采集者。

▲上圖：2021年發表的一個研究中，研究人員利用墨西哥和加拿大采集的水蛭腸道內容物DNA宏條形碼技術檢測到的分類群。該圖代表三種不同攝食方式的水蛭。白色字體顯示水蛭的攝食習性和其屬級鑒定結果，黑色字體顯示檢測到的飲食分類群。論文出處：?Lynggaard, C., Oceguera-Figueroa, A., Kvist, S., Gilbert, M. T. P., & Bohmann, K. (2022)

它們記錄的不一定是大型哺乳動物，而可能是魚類、兩棲動物、昆蟲、軟體動物，甚至整個底棲無脊椎動物群落。

對于湖泊、河流和濕地這樣的生態系統來說，這種能力尤其值得發掘。許多水生生物難以長期監測，傳統調查往往需要頻繁布網、采樣和分類鑒定。相比之下，螞蟥已經在環境中完成了自己的取食活動。研究人員所做的，只是讀取了它們體內保存下來的信息。

過去，人們把螞蟥看作吸血動物，數百年來用它作為療法的一部分；后來逐漸的到了現代，它們成了生物學家們尋找珍稀獸類的線索來源；現在，越來越多新研究，揭示的是它未來的另一層身份——在自然界中，螞蟥或許一直都在默默記錄周圍生物的存在，只是直到最近，人類才學會如何讀取這些記錄。

▲上圖：19世紀初期英國約克郡婦女采集水蛭的勞動場景。這是一幅1814年由羅伯特·哈維爾（Robert Havell）根據喬治·沃克（George Walker）的原畫所雕刻的彩色水彩銅版畫，收錄于《約克郡的服飾》（The Costume of Yorkshire）第35幅板畫。在當時，醫用水蛭被廣泛應用于歐洲傳統的放血療法，市場需求量極大。由于缺乏專業的捕撈工具，這些被稱為“水蛭采集者”（Leech finders）的婦女通常赤腳走進沼澤、池塘或低洼濕地，利用自己的皮膚和雙腿吸引并引誘水蛭前來吸血，隨后再將其成批捕捉并出售給醫療機構。圖源：Robert Havell after George Walker（公域）

海潮君·寫在最后

其實在iDNA領域，中國科學家的研究有不少了。中國科學院昆明動物研究所的科研人員在云南哀牢山國家級自然保護區的一個研究中，發動了160多位護林員，在677平方公里的保護區內采集了超過3萬只螞蟥。研究人員提取了這些螞蟥胃部殘留的哺乳動物、兩棲類、鳥類和爬行動物的血液DNA（即iDNA），成功的鑒定出了86種脊椎動物的物種信息（有趣的是，里面包括檢測到了人類DNA），估算了野生脊椎動物在保護區內的空間占域格局，并分析了海拔、保護區邊緣效應及人類活動對其分布的影響。參見2022年的《自然-通訊》期刊的一個文，是當時（2022）全球利用iDNA進行的空間分辨率最高、規模最大的野生脊椎動物多樣性調查之一。

上文研究區域。論文出處：?Ji, Yinqiu, et al.(2022)

▲上面的研究全文參見：Ji, Y., Baker, C.C.M., Popescu, V.D. et al. Measuring protected-area effectiveness using vertebrate distributions from leech iDNA. Nat Commun 13, 1555 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28778-8

中國在“陸生吸血螞蟥iDNA監測森林脊椎動物”領域已經處于國際第一梯隊。但在“水生吸血螞蟥iDNA監測水生脊椎動物”領域，目前幾乎沒有形成獨立研究方向，也沒有出現類似哀牢山那樣的標志性成果。筆者粗略觀察，感覺在淡水系統中，國內研究重心幾乎全部落在了水體eDNA、魚類eDNA、河流生物監測、長江流域監測、國家公園水生態評估等方面。

不過有意思的是，海潮天下（Marine Biodiversity）小編看到2019年有一個研究，是湖北省曾有一個研究分析過養殖醫蛭（水蛭）體內殘留DNA，利用宿主DNA追蹤其吸血來源。研究人員從620只養殖水蛭體內檢測到了水牛、鴨子、鵝、豬、人類、嚙齒動物等宿主DNA。那個研究本來是研究病原體傳播風險。不過作者文章里面也提到，如果未來有人將其用于生物多樣性監測，技術上并不存在根本障礙。

▲2019年發表在Plos One上這個有關湖北研究中采集的藥用水蛭（Hirudinaria屬）。論文出處：?Zhou, Shu-Han, et al.(2019)

參見：Zhou SH, Xiao X, Sun YN, Xu XH, Ding X, Zhang SY, Zhang M, Lv WL, Gao QH. Ehrlichia species in pond-farmed leeches (Hirudinaria sp.) in Hubei Province, China. PLoS One. 2019 Apr 8;14(4):e0215082. doi: 10.1371/journal.pone.0215082. PMID: 30958857; PMCID: PMC6453479.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6453479

當然了總的看，全球范圍內，水生螞蟥iDNA本身還是處于一種“概念驗證”的階段。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編覺得，水生螞蟥iDNA+長江珍稀魚類監測，有可能是未來5年中國科學界可以關注的方向之一，感興趣的研究團隊可以關注一下。因為，水體eDNA始終面臨一個根本限制就是，DNA來自環境，而不是直接來自目標個體。對大型河流來說，這非常現實，長江干流許多河段流速較快，DNA可以隨水體輸運較長距離，所以eDNA提供的是一種概率意義上的存在信號，而不是嚴格意義上的局部定位信息（而且許多珍稀魚類在環境中的DNA濃度極低）。若是一種螞蟥以魚類血液為主要食物來源，那么它體內保存的DNA實際上來自一次真實的宿主接觸事件。換句話說，這不是環境中的隨機遺傳碎片，它是一次明確的寄生、或吸血記錄（亦即，這只螞蟥曾經啃過這種魚）。這是主動采樣，不是被動采樣。一只活動范圍僅幾十米或數百米的螞蟥，其體內檢測到的魚類DNA，往往具有明確的地理歸屬意義，這種局部性可能比河流中的自由DNA更有價值一些。

本文參考資料
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看2021年發表的該研究的全文：
Lynggaard, C., Oceguera-Figueroa, A., Kvist, S., Gilbert, M. T. P., & Bohmann, K. (2022). The potential of aquatic bloodfeeding and nonbloodfeeding leeches as a tool for iDNA characterisation. Molecular Ecology Resources, 22, 539–553. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13486
其他參考資料：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28778-8
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6453479

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資訊源 | 多源

文 | 王芊佳

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年6月

聯系小編 | editor@oceanbiodiversity.cn

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