取一瓢水便知这片水域鱼多少

想知道一片水域里有多少鱼，不用撒网捕捞，只需取一瓢水就能算出？

近日，上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心李晨虹团队在国际知名期刊《分子生态资源》上发表最新成果，为环境DNA（eDNA）技术的定量分析提供了新思路，有望提升eDNA在物种监测、生态评估及生物多样性研究中的应用精度，未来或可让生态监测像“查指纹”一样高效。

鱼“来过”也会留“指纹”

我们常说“雁过留痕”，凡是生物存在过的地方就会留下它们的痕迹。同样的，鱼游过也会在水中留下DNA痕迹。李晨虹教授解释，eDNA是指生物体释放至体外环境（包括水体、土壤、空气等）中的DNA片段。其来源广泛，一方面源于生物皮肤、鳞片受损导致的细胞脱落，另一方面则来自生物在呼吸、排泄、繁殖等正常生理活动中释放的DNA。

借助eDNA开展生物监测，是一种高效、灵敏且对生物无损伤的技术手段，在生物多样性评估、濒危物种保护以及入侵生物监测等领域展现出巨大的应用潜力。特别是在实施长江“十年禁渔”等大规模生态保护举措的背景下，传统渔业调查方法受到一定限制，而环境友好型的eDNA技术则凸显出其独特的优势和重要性，为生物资源与生态环境研究提供了有力支持。

带领团队另辟蹊径

然而，长久以来，eDNA技术一直有个“痛点”：它只能判断“有没有鱼”，却很难说清楚“有多少鱼”。

“从生物自身的生理活动来看，生物的活跃程度、疾病损伤、摄食和繁殖等生理活动会直接影响eDNA产生的速率；而从环境因素方面考虑，温度、水化学性质、水文条件等因素又会对eDNA的扩散和降解过程产生影响。”李晨虹告诉记者。这些因素的综合作用会导致eDNA浓度与环境中生物量之间的相关性较弱。

为了解决eDNA技术发展“痛点”，李晨虹带领团队另辟蹊径。“换个角度思考，我们可以从基因序列差异的角度来探讨eDNA与物种数量之间的关系。”李晨虹进一步说明，假设环境中仅存在一个个体，无论其释放的DNA浓度高低，其DNA序列都是固定的。当存在两个个体时，它们的DNA序列会出现一定程度的差异；若存在三个个体，序列差异则会进一步增大。

值得注意的是，序列差异与个体数量之间的相关性并不会受到eDNA浓度变化的影响，这一特性为基于eDNA分离位点数目估算物种丰度提供了理论基础。

生态监测可以更高效

李晨虹带领团队首先通过模拟数据验证分离位点数量在eDNA定量分析中的可行性。“我们先用计算机模拟不同鱼群规模，发现‘差异点数量’与鱼的数量高度相关。”团队参照线粒体基因组的长度及其基因突变频率，模拟生成三组具有不同突变频率的序列；然后随机挑选一定数量的序列，并统计其中包含的分离位点数量。

统计分析结果表明，在三种不同突变频率的模拟数据中，分离位点数量与序列数量均呈现出极显著的正相关性，且基因突变频率越高，该相关性越强。

经过对比筛选，李晨虹决定选用具有较高遗传多样性，并且易于饲养的矛尾刺虾虎鱼开展进一步实验。矛尾刺虾虎鱼被饲养三天后，从养殖水体中提取eDNA，并对11个线粒体基因进行富集和高通量测序。随后，从包含不同个体数量的eDNA测序数据中提取分离位点数量，并同步统计DNA拷贝数。

结果显示，相较于DNA拷贝数，分离位点数量与样本个体数之间的正相关性更强。这就证实，“差异点数”与鱼的数量匹配度显著高于传统DNA浓度法，且不受鱼是否进食、体型胖瘦的影响。

“我们团队开发的基于分离位点数的eDNA定量方法，优于当前主流的eDNA拷贝数法。相比之下，该方法的优势在于不受物种体型、摄食行为等环境变量的干扰，能够更加稳定、精准地评估目标物种的数量。”李晨虹笑着说，无论鱼在吃饭、睡觉，都不影响差异点数量，这就可以让生态监测更高效。

本报记者 郜阳