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紅樹(shù)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(shù)林空有豐富的物種，卻連最先進(jìn)的環(huán)境DNA技術(shù)都“查無(wú)此人”？這篇由多國(guó)學(xué)者歷時(shí)48年文獻(xiàn)梳理完成的干貨研究，首次揭示了熱帶紅樹(shù)林eDNA監(jiān)測(cè)面臨的基因參考庫(kù)斷層現(xiàn)狀：在999種已知紅樹(shù)林動(dòng)物中，近三成物種基因數(shù)據(jù)完全空白，無(wú)脊椎動(dòng)物及部分核心魚(yú)類面臨“系統(tǒng)性失蹤”。這個(gè)研究詳細(xì)拆解了經(jīng)典標(biāo)記物的覆蓋率漏洞，并務(wù)實(shí)探討了如何通過(guò)“eDNA+傳統(tǒng)調(diào)查”破局，是一篇值得一讀的生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)戰(zhàn)痛點(diǎn)解析。（編者按：Linda）

本文約3900字，閱讀約8分鐘

文 | 王海詩(shī)

出品 | 海潮天下

過(guò)去十多年里，環(huán)境DNA（#eDNA）被視為生態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域最具變革性的技術(shù)之一。科學(xué)家不必捕捉動(dòng)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(jī)會(huì)重建一個(gè)區(qū)域的生物多樣性圖譜。對(duì)于地形復(fù)雜、生物隱蔽、調(diào)查成本高昂的紅樹(shù)林而言，這項(xiàng)技術(shù)尤其令人期待。

但是，近日一項(xiàng)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(gè)鮮少被關(guān)注的情況。在全球熱帶紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)中，許多動(dòng)物即便已經(jīng)被科學(xué)界記錄和命名，卻依然無(wú)法被eDNA技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別。原因呢，并不在于它們不存在，而是因?yàn)椋鼈兊摹吧矸葑C信息”從未被錄入基因數(shù)據(jù)庫(kù)。

48年999種動(dòng)物大摸底

這項(xiàng)由菲律賓、澳大利亞等多國(guó)研究人員合作完成的研究，系統(tǒng)梳理了近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)關(guān)于熱帶紅樹(shù)林動(dòng)物群落的資料。該研究團(tuán)隊(duì)從1976年~2024年的文獻(xiàn)中整理出999種已知生活于熱帶紅樹(shù)林中的動(dòng)物，并逐一核查這些物種在主流遺傳數(shù)據(jù)庫(kù)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(shuō)，即使這些物種真實(shí)存在于采樣區(qū)域，即使它們釋放出的DNA已經(jīng)被檢測(cè)到，研究人員仍然可能無(wú)法知道它們是誰(shuí)。

環(huán)境DNA監(jiān)測(cè)的核心邏輯其實(shí)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(duì)應(yīng)的是哪種生物，得跟已有的參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，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(huì)直接告訴你“這是張三的指紋”，得把它跟指紋庫(kù)里比對(duì)了之后（對(duì)應(yīng)與參考數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)），才能找出它匹配的是張三、李四，還是庫(kù)里沒(méi)有的人。又比如人臉識(shí)別系統(tǒng)需要先錄入照片，可如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有某個(gè)人的面部信息，再先進(jìn)的算法也無(wú)法給出正確身份。因此，參考庫(kù)的完整程度，往往決定了eDNA調(diào)查的最終識(shí)別能力。

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

在調(diào)查涉及的999個(gè)物種中，僅有約71%能夠在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中找到至少一種常用DNA標(biāo)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(jī)分布，而是集中出現(xiàn)在一些生態(tài)功能重要、但長(zhǎng)期被研究忽視的類群。

（圖文無(wú)關(guān)）珠海淇澳島紅樹(shù)林濕地保護(hù)區(qū)的招潮蟹。該保護(hù)區(qū)位于伶仃洋畔，有大片茂密的紅樹(shù)林。這片濕地生態(tài)系統(tǒng)，為眾多鳥(niǎo)類、魚(yú)類和其他海洋生物提供了棲息和繁衍的場(chǎng)所，也發(fā)揮著防風(fēng)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(wú)脊椎動(dòng)物，“黑戶”

無(wú)脊椎動(dòng)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(dòng)物以及軟體動(dòng)物等底棲生物是紅樹(shù)林食物網(wǎng)的重要組成部分，它們參與有機(jī)質(zhì)分解、沉積物翻動(dòng)以及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)過(guò)程，也是眾多魚(yú)類和鳥(niǎo)類的重要食物來(lái)源。然而在基因數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些類群的覆蓋率遠(yuǎn)低于脊椎動(dòng)物。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一些紅樹(shù)林優(yōu)勢(shì)蟹類甚至完全缺乏標(biāo)準(zhǔn)條形碼序列。對(duì)于依賴eDNA開(kāi)展群落分析的研究人員來(lái)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(duì)充分的魚(yú)類中，也好不了多少，同樣存在這個(gè)問(wèn)題。

紅樹(shù)林被認(rèn)為是許多經(jīng)濟(jì)魚(yú)類的重要育幼場(chǎng)，但，部分紅樹(shù)林特有魚(yú)類和區(qū)域性魚(yú)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(biāo)記體系下，魚(yú)類的可識(shí)別比例差異顯著，一些物種只能被部分標(biāo)記識(shí)別，而另一些則完全游離于數(shù)據(jù)庫(kù)之外。

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（圖文無(wú)關(guān)）橫跨印度與孟加拉國(guó)的孫德?tīng)柋舅梗⊿undarbans）地區(qū)，是全球最大的連續(xù)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)潮汐漲落頻繁、水道縱橫交錯(cuò)，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(guò)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(zhǎng)時(shí)間在寬闊的潮汐河道中泅渡，跨越水道，搜尋在各個(gè)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(yú)類、螃蟹甚至大型爬行動(dòng)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(wèn)題在哪兒？

這也暴露出另一個(gè)長(zhǎng)期被忽視的問(wèn)題：并非所有DNA標(biāo)記都同樣有效。

當(dāng)前eDNA監(jiān)測(cè)最常使用的幾個(gè)基因片段包括COI、12S、16S和18S等，它們各自針對(duì)不同生物類群具有不同識(shí)別能力。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這些經(jīng)典標(biāo)記進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有任何單一標(biāo)記能夠覆蓋全部紅樹(shù)林動(dòng)物。

其中，COI作為全球動(dòng)物DNA條形碼計(jì)劃的核心標(biāo)記，整體覆蓋率最高，但在部分魚(yú)類檢測(cè)中表現(xiàn)并不理想。12S和16S在脊椎動(dòng)物中效果較好，卻無(wú)法充分反映無(wú)脊椎動(dòng)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(kù)不斷擴(kuò)充，僅依賴單一標(biāo)記開(kāi)展監(jiān)測(cè)仍可能遺漏大量物種信息。

對(duì)于正在快速推廣的eDNA技術(shù)而言，這項(xiàng)研究提供了一個(gè)重要提醒：檢測(cè)能力與識(shí)別能力并不是同一個(gè)概念。

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紅樹(shù)林是天然的“海岸衛(wèi)士”。其發(fā)達(dá)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(tái)風(fēng)或風(fēng)暴潮來(lái)襲時(shí)，可顯著降低波浪能量，減少海水對(duì)岸線的侵蝕，保護(hù)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(shù)林中的物種“上戶口”，積累數(shù)據(jù)

近年來(lái)，隨著高通量測(cè)序成本持續(xù)下降，環(huán)境DNA檢測(cè)變得越來(lái)越容易。許多項(xiàng)目能夠在一次測(cè)序中獲得數(shù)百萬(wàn)條DNA序列，但如果缺乏對(duì)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(jí)。

（圖文無(wú)關(guān)）第二十屆國(guó)際基因組學(xué)大會(huì)武漢專場(chǎng)（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(huì)上，來(lái)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(gè)《A glimpse into the future》主題報(bào)告里面講到利用組學(xué)技術(shù)解決生物多樣性監(jiān)測(cè)與演化機(jī)制問(wèn)題，里面也提到參考基因組或條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于識(shí)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(wèn)題已不是測(cè)序儀器的問(wèn)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(lái)紅樹(shù)林生態(tài)監(jiān)測(cè)不能簡(jiǎn)單地把eDNA視為傳統(tǒng)調(diào)查的替代品。相反，在基因參考庫(kù)尚未完善的階段，兩者需要形成互補(bǔ)關(guān)系。

傳統(tǒng)調(diào)查能用標(biāo)本采集、形態(tài)鑒定來(lái)確認(rèn)物種存在，并進(jìn)一步補(bǔ)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(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。當(dāng)兩種方法結(jié)合使用時(shí)，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(kù)本身。

事實(shí)上，這種“邊監(jiān)測(cè)、邊建庫(kù)”的思路正在成為全球生物多樣性研究的新趨勢(shì)。越來(lái)越多研究人員開(kāi)始意識(shí)到，環(huán)境DNA革命的真正瓶頸，可能不在實(shí)驗(yàn)室，而在那些尚未被測(cè)序、尚未被數(shù)字化記錄的野外物種的身上。

對(duì)于紅樹(shù)林這樣的熱點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)而言，這一點(diǎn)頗重要。紅樹(shù)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(dān)著海岸防護(hù)、碳儲(chǔ)存和漁業(yè)資源培育等多重生態(tài)功能。如果監(jiān)測(cè)體系無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別其中的重要成員，對(duì)生態(tài)變化的判斷也可能出現(xiàn)偏差。

從某種意義上說(shuō)，環(huán)境DNA正在讓科學(xué)家獲得前所未有的“看見(jiàn)能力”。但這項(xiàng)研究提醒，看見(jiàn)并不等于認(rèn)出。當(dāng)越來(lái)越多DNA信號(hào)從紅樹(shù)林水體中被讀取出來(lái)時(shí)，仍有相當(dāng)數(shù)量的生物停留在數(shù)據(jù)庫(kù)之外，成為無(wú)法命名的存在。

該研究指出，未來(lái)紅樹(shù)林生物多樣性監(jiān)測(cè)的發(fā)展，很大程度上將取決于一個(gè)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(xiě)在文末】

其實(shí)，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(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(lái)看，多多少少算是某種“基礎(chǔ)設(shè)施診斷報(bào)告”，還是有啟發(fā)的。當(dāng)前eDNA技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力時(shí)最核心的“七寸”在哪兒？

eDNA領(lǐng)域過(guò)去十幾年經(jīng)歷了一種典型的發(fā)展軌跡。前期重點(diǎn)解決“能不能測(cè)出來(lái)”，中期關(guān)注“測(cè)得準(zhǔn)不準(zhǔn)”，而現(xiàn)在越來(lái)越進(jìn)入“測(cè)出來(lái)之后究竟代表什么”的階段。

畢竟eDNA不單單只是一個(gè)測(cè)序技術(shù)問(wèn)題，它是由多個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)起來(lái)的一種體系。從采樣→DNA提取→PCR擴(kuò)增→測(cè)序→生物信息學(xué)分析→參考數(shù)據(jù)庫(kù)匹配→生態(tài)學(xué)解釋……

回頭看，過(guò)去十年，其實(shí)行業(yè)投入最大的其實(shí)主要還停留在前半部分。隨著測(cè)序平臺(tái)越來(lái)越便宜，引物不斷優(yōu)化，生信流程越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)化，檢測(cè)靈敏度不斷提高，但參考數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)一直是最慢的一環(huán)。也就是說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室端已經(jīng)進(jìn)入“工業(yè)化時(shí)代”，數(shù)據(jù)庫(kù)端卻仍停留在“手工作坊時(shí)代”。事實(shí)上，很多eDNA研究都存在類似問(wèn)題。很多研究報(bào)告中的“未識(shí)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(kù)沒(méi)收錄罷了。換句話講，檢測(cè)不到≠不存在。如果決策者不了解數(shù)據(jù)庫(kù)局限性，很容易出現(xiàn)誤判。

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)雖然不那么“酷”、那么好玩，卻決定整個(gè)體系的上限。數(shù)據(jù)庫(kù)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(jià)值的往往不是算法本身，而是長(zhǎng)期積累的高質(zhì)量訓(xùn)練數(shù)據(jù)。預(yù)計(jì)，未來(lái)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(kù)→再實(shí)現(xiàn)規(guī)模化eDNA監(jiān)測(cè)。這實(shí)際上是國(guó)際生物多樣性監(jiān)測(cè)體系正在發(fā)生的轉(zhuǎn)變。

對(duì)于中國(guó)科研人員來(lái)說(shuō)，我們國(guó)家近年投入巨大，有全球面積最大的溫帶人工紅樹(shù)林恢復(fù)工程之一，也得天獨(dú)厚的本來(lái)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(shuō)，相較于歐美一些區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目，我們?cè)诤Ｑ鬅o(wú)脊椎動(dòng)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(dāng)測(cè)序技術(shù)高速前進(jìn)時(shí)，分類學(xué)和參考數(shù)據(jù)庫(kù)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(méi)有可靠的物種學(xué)基礎(chǔ)，再先進(jìn)的分子工具也難以充分發(fā)揮價(jià)值。以后科研/生態(tài)修復(fù)的直徑的投入重點(diǎn)，除了測(cè)序能力，可考慮更多的轉(zhuǎn)向標(biāo)本采集、分類學(xué)鑒定、區(qū)域參考庫(kù)建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化序列驗(yàn)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(shī)

排版 | 盧曉雨

時(shí)間 | 2026年6月

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

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