我們知道，生物多樣性監(jiān)測是生物多樣性保護的基礎。許多傳統(tǒng)方法，如實地觀察、陷阱監(jiān)測（如相機捕捉和坑道陷阱）等，雖然在一些特定環(huán)境下仍然有效，但它們通常需要大量的時間和資源，且難以覆蓋廣泛的地區(qū)或進行頻繁的監(jiān)測。隨著物種保護工作的推進，科學家們亟需開發(fā)一種更快速、高效、可擴展的監(jiān)測工具，以便實時評估物種的分布和種群動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)物種衰退的跡象，并為保護決策提供科學依據(jù)。eDNA技術作為一種這樣的工具，將在陸生脊椎動物監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用。
“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，2025年1月20日，來自澳大利亞科廷大學的Joshua P. Newton等研究人員在《環(huán)境DNA》期刊上發(fā)表了一項關于環(huán)境DNA（eDNA）在陸生脊椎動物監(jiān)測中的應用研究。這項研究綜述了eDNA在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的應用趨勢，探討了采樣方法的最佳實踐，并總結了陸生脊椎動物監(jiān)測過程中面臨的主要挑戰(zhàn)。
隨著全球范圍內陸生脊椎動物種群的急劇下降和滅絕，如何有效保護這些物種成為全球生物多樣性保護面臨的重大挑戰(zhàn)。為應對這一問題，傳統(tǒng)的物種監(jiān)測方法需要得到改進和補充。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，如直接觀察和使用陷阱設備（如相機捕捉和坑道陷阱），在一些環(huán)境下仍然發(fā)揮著重要作用，但其數(shù)據(jù)獲取周期長、工作強度大且受限于環(huán)境條件，難以滿足快速、持續(xù)監(jiān)測的需求。因此，開發(fā)新的監(jiān)測技術顯得尤為迫切。
eDNA技術，作為一種新興的生物監(jiān)測手段，近年來在水生物種監(jiān)測中取得了顯著進展。**eDNA是從環(huán)境中提取的DNA，不需要直接接觸或觀察目標物種即可獲得其遺傳信息。**這一技術不僅為水生物種的監(jiān)測提供了新方法，也逐漸應用于陸生脊椎動物的監(jiān)測中。環(huán)境DNA技術的優(yōu)勢在于其高效性和無創(chuàng)性，能夠在不干擾生態(tài)系統(tǒng)的前提下，快速獲得物種分布和種群動態(tài)信息。利用實時定量PCR（qPCR）和液滴數(shù)字PCR（ddPCR）等技術，研究人員能夠檢測到隱秘物種、稀有物種及受威脅物種的存在，并通過高通量DNA測序技術和DNA條形碼技術進行大規(guī)模的物種鑒定和多樣性評估。

這張圖片通過四個案例展示了環(huán)境DNA（eDNA）技術在陸生脊椎動物監(jiān)測和生物多樣性影響評估中的應用潛力：(a)通過土壤eDNA監(jiān)測哺乳動物，(b)通過水體eDNA監(jiān)測兩棲動物，(c)通過空氣eDNA監(jiān)測鳥類，(d)通過特定環(huán)境介質監(jiān)測爬行動物。這些案例表明，eDNA技術是一種高效、非侵入性的監(jiān)測工具，能夠用于評估陸生脊椎動物的生物多樣性和環(huán)境影響。圖片分別來源于Newton et al. (2022)、Piaggio et al. (2014)、van Beeck Calkoen et al. (2019)和Von Duyke et al. (2023)，（CC BY-SA 4.0）但是，將eDNA技術應用于陸生脊椎動物的監(jiān)測依然面臨諸多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要源于陸地生態(tài)系統(tǒng)中eDNA的生態(tài)特性。與水生環(huán)境不同，陸地環(huán)境中的eDNA更容易受到降解、污染及物理環(huán)境變化的影響，從而影響其在采樣過程中的穩(wěn)定性和可靠性。因此，如何開發(fā)出適用于陸地生態(tài)系統(tǒng)的eDNA采樣方法，成為目前研究的重點。
通過對2012至2023年間143篇相關研究文獻的回顧，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著eDNA技術的不斷發(fā)展，陸生脊椎動物的監(jiān)測研究數(shù)量逐年增加。尤其是近年來，隨著技術的進步和應用領域的擴展，越來越多的研究聚焦于溫帶森林等特定生態(tài)系統(tǒng)中的陸生哺乳動物。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)，eDNA技術在監(jiān)測陸生脊椎動物時，已逐漸從傳統(tǒng)的物種檢測擴展到動物行為學和種群遺傳學等新興領域。
不過，盡管eDNA技術的應用前景廣闊，陸生脊椎動物監(jiān)測中的采樣方法仍然缺乏統(tǒng)一標準。根據(jù)現(xiàn)有研究，eDNA采樣的策略和方法存在較大差異。研究人員總結了三種主要的采樣策略，包括空氣采樣、土壤采樣和水源采樣；同時，針對不同的生態(tài)環(huán)境和物種需求，采用的采樣基質也不盡相同，如植物殘體、泥土和沙土等。在樣本的保存方面，研究中提到的保存方法包括冷凍、冷藏和化學固定等多種技術，以確保DNA樣本的穩(wěn)定性。

上面這張圖片通過沖積圖和氣泡圖，概括展示了2012~2023年間陸生脊椎動物（不含兩棲動物）eDNA研究的綜合分析，揭示了研究目標、采樣策略、基質類型、年份趨勢以及保存方法等關鍵信息，反映了該領域的研究特點和技術應用。全面展示了2012至2023年間陸生脊椎動物（不包括兩棲動物）eDNA研究的綜合分析：(a)：沖積圖（alluvial plot）匯總了研究目標、采樣策略和基質類型，清晰地展示了不同因素之間的關聯(lián)。（b)：氣泡圖顯示了各年份研究中不同基質類型的使用比例，揭示了研究趨勢的時間變化。(c)：氣泡圖展示了不同保存方法在研究中的應用比例，突出了常用的保存技術。圖源：Newton J P, Allentoft M E, Bateman P W, et al. (2025)

研究人員指出，盡管目前已有一些采樣方法，但由于陸地生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和eDNA降解速度的復雜性，尚未形成“一刀切”的標準采樣方法。為了推動eDNA技術在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的應用，未來的研究需要更加深入地探討不同環(huán)境條件和目標物種對eDNA檢測的影響。特別是在選擇采樣地點、采樣時間、采樣頻率以及樣本保存等方面，研究人員需根據(jù)物種的生態(tài)需求進行靈活調整。

在這項研究中，研究團隊通過文獻回顧的方法，系統(tǒng)性地總結了環(huán)境DNA（eDNA）技術在陸生脊椎動物監(jiān)測中的應用。研究的主要目標是深入分析當前陸生脊椎動物eDNA研究中的采樣策略、使用的基質類型、污染控制方法等多個方面。為確保研究的全面性，團隊專門限制了研究對象的范圍，僅涉及“陸生有胎盤四足動物”，即排除了兩棲類（如青蛙）物種，因其在幼蟲期和成體期的生態(tài)特征使其與陸生環(huán)境的聯(lián)系復雜，且其皮膚的高滲透性可能導致eDNA沉積速率與其他脊椎動物不同，這需要進一步單獨探討。

研究團隊在2024年1月進行了文獻檢索，搜索了2012年至2023年間，使用“環(huán)境DNA”或相關關鍵詞的同行評審論文。通過這一檢索方法，他們共發(fā)現(xiàn)了2682篇潛在相關文獻，并根據(jù)研究內容、目標物種、研究方法等因素對這些文獻進行了篩選。最終，留下了143篇專注于陸生脊椎動物eDNA研究的論文。這些文獻涉及了全球各大洲和不同的生態(tài)環(huán)境，為本研究提供了豐富的樣本和數(shù)據(jù)來源。
為了對現(xiàn)有文獻進行系統(tǒng)化分析，研究團隊記錄了每篇論文的多個關鍵信息，包括研究的物種、研究所在的國家與生態(tài)區(qū)域、采樣策略、所采樣的基質類型、減少污染的策略、使用的負對照方法、樣本保存方法等。所有這些數(shù)據(jù)都被整理到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，并通過統(tǒng)計分析軟件R進行數(shù)據(jù)可視化處理，以便更清晰地展示不同采樣方法和生態(tài)區(qū)域的研究趨勢。
研究團隊特別關注了三類采樣策略：第一類是非針對性的環(huán)境基質采樣，即通過收集環(huán)境樣本來檢測物種多樣性，常見的如從河流中收集水樣來監(jiān)測陸生哺乳動物；第二類是使用專門設計的eDNA陷阱，這些陷阱用于捕獲特定物種的DNA，如“紙襯巢管”用于檢測樹棲哺乳動物；第三類是基于生態(tài)數(shù)據(jù)的針對性采樣，這種方法通過了解動物的行為或微生境，選擇性采集環(huán)境樣本，如在尋找爬行動物時采集覆蓋物樣本，或在尋找吸蜜物種時采集花朵樣本。非針對性的環(huán)境基質采樣是目前最為常用的采樣策略，占所有研究的60%。
研究人員還分析了不同基質的使用情況。水是最常見的采樣基質，約66%的研究選擇了水樣作為采集對象，這一趨勢反映了水生環(huán)境對陸生物種的生物多樣性的重要性。此外，土壤和植物樣本也在一部分研究中得到應用，而一些新興研究則探索了空氣和表面等新型基質。盡管如此，水仍是最受歡迎的基質類型，因為它不僅在水生環(huán)境中應用廣泛，也在許多陸生生態(tài)系統(tǒng)中起著關鍵作用。
為了確保采樣結果的準確性，該研究團隊還特別關注了采樣過程中的污染控制問題。研究發(fā)現(xiàn)，**約74%的研究專門考慮了采樣設備的去污問題。**常見的去污方法包括使用漂白水、紫外線滅菌、火焰滅菌等，而使用一次性產品減少污染的策略也在多個研究中得到應用。此外，盡管大多數(shù)研究都會在實驗室階段使用負對照樣本，但只有43%的研究在田野采樣時使用了現(xiàn)場負對照樣本。負對照樣本能夠有效檢測采樣過程中的潛在污染源，保證采樣結果的可靠性。

巨板蜥（學名：Broadleysaurus major），又稱蘇丹盾甲蜴，屬于大盾甲蜥科，是一種生活在非洲的蜥蜴。它的分布范圍涵蓋了埃塞俄比亞、坦桑尼亞、多哥、馬拉維、南非等非洲地區(qū)。它們主要棲息于非洲的干旱地區(qū)，體色通常為暗深的棕色或灰色，與其所處的環(huán)境相協(xié)調，有助于偽裝和隱蔽。攝影：Linda?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）工作組

eDNA技術在陸生脊椎動物物種監(jiān)測和研究中展示了巨大的應用潛力，但在實際應用過程中，仍面臨著許多挑戰(zhàn)。尤其是對于物種缺失的解讀問題，仍然是eDNA研究中的一個長期難題。影響這一問題的因素包括采樣策略和目標物種的選擇，比如樣本的數(shù)量與采樣地點、環(huán)境條件、生物量以及DNA脫落速率等，這些因素均可能對物種的檢測概率產生影響。因此，**盡管eDNA技術在物種監(jiān)測方面具有顯著優(yōu)勢，但數(shù)據(jù)解讀仍需謹慎。**這一挑戰(zhàn)并非eDNA獨有，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的解讀都應保持警惕和審慎。

隨著技術不斷發(fā)展，許多技術性采樣問題有望得到解決或顯著減少。為此，科學家們正在設計便捷的采樣設備，比如Smith-Root eDNA采樣器，能夠優(yōu)化采樣速度并提高重復性，同時減少污染問題。除此之外，3D打印采樣器和自動化采樣技術也在水域研究中取得了一定應用，并正在陸地研究中進行測試。**目前，研究人員正嘗試以空氣作為DNA載體，進行eDNA的采集，這一創(chuàng)新為樣本采集的可及性和規(guī)模提供了新的可能。**結合移動實驗室、實時PCR熱循環(huán)儀以及基因測序技術，這些新型工具為生物多樣性評估和入侵物種檢測提供了更加高效的手段。例如，Smith-Root eDNA采樣器與移動DNA提取設備結合，可以在一個小時內完成水域入侵物種的eDNA采樣與檢測，這種便攜式工具極大提高了入侵物種檢測的響應速度。通過這種技術，管理者能夠在物種入侵被發(fā)現(xiàn)后，迅速采取相應的管理措施，及時應對環(huán)境變化。但盡管這些技術能夠在現(xiàn)場有效識別物種，特別是在偏遠地區(qū)或者急需數(shù)據(jù)的情況下，它們也存在一定的局限性。當前，這些創(chuàng)新方法主要應用于水樣或空氣樣本采集，而在其他基質類型中，仍然面臨技術上的限制。例如，對于需要復雜組織裂解或提取技術才能分離遺傳物質的情況，便攜式技術的應用將受到限制。相比之下，水或空氣樣本由于不需要復雜的組織裂解，或者可以通過便攜設備如物理粉碎進行處理，能夠更容易地適配便攜式實驗室技術。
該研究團隊指出，現(xiàn)有的研究表明，**在eDNA采樣策略、目標基質和樣本保存方法的選擇上，并沒有一種適用于所有情況的“萬能法則”。**這一現(xiàn)象反映了研究領域的多樣性、研究問題的復雜性以及技術進步的迅速發(fā)展。雖然eDNA技術在陸生脊椎動物物種監(jiān)測中的應用潛力非常巨大，但科研人員始終強調，技術的運用應當服務于科學問題的解決，而非單純追求技術本身。真正的挑戰(zhàn)在于，如何在適當?shù)臅r機和條件下運用eDNA技術，并與傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，如目視觀察、捕捉及聲學調查等方法相結合，從而為物種監(jiān)測提供更加全面、準確的方案。海濕·小百科

01****紙襯巢管
“紙襯巢管”（paper-lined nest tubes）是一種巧妙設計的生態(tài)監(jiān)測工具，它模擬了天然樹洞，為樹棲哺乳動物提供了一個安全舒適的“家”。這種巢管內部巧妙地鋪設了紙張，就像是為小動物們準備的“留言板”。當松鼠、鼯鼠或其他樹棲動物進入巢管時，它們會留下毛發(fā)、糞便，甚至爪印等“蛛絲馬跡”。這些痕跡都被紙張忠實地記錄下來。
所以，科學家們只需定期回收這些帶有痕跡的紙張，就可以通過DNA分析或其他方法，輕松識別出哪些物種曾到訪過巢管。通過長期監(jiān)測，科學家們不僅能掌握這些樹棲動物的種類、數(shù)量和分布情況，還能深入了解它們的活動規(guī)律和生態(tài)習性。這種方法既不會傷害野生動物、又能收集到寶貴的信息，堪稱生態(tài)研究的“偵察兵”。
02采樣策略
采樣策略（Sampling Strategy）是指在環(huán)境DNA（eDNA）研究中，研究人員根據(jù)研究目標和物種特性，設計和選擇的樣本收集方法。具體而言，采樣策略決定了如何、何時以及在何種條件下采集環(huán)境樣本，以最大限度地提高DNA的檢測靈敏度和準確性。常見的采樣策略包括非針對性采樣、定向采樣和使用eDNA陷阱。非針對性采樣通常指隨機收集環(huán)境中的樣本，如水體、土壤或植物表面等，適用于廣泛的物種多樣性研究。定向采樣則是依據(jù)物種的生態(tài)行為、棲息地特征或季節(jié)性活動來有針對性地選擇采樣點，從而提高目標物種的DNA檢測率。
此外，eDNA陷阱是一種專門設計的工具，通過模擬或誘導特定物種的棲息行為，如在樹洞中安放紙質巢管來捕捉樹棲哺乳動物的DNA。選擇合適的采樣策略，不僅能確保采集到足夠的DNA信息，還能有效減少污染和環(huán)境干擾，提高eDNA監(jiān)測的科學性和可重復性。03eDNA陷阱
eDNA陷阱，顧名思義，就是捕捉環(huán)境DNA的“陷阱”。它是一種專門設計用于收集水體或其他環(huán)境中生物體釋放的DNA片段（eDNA）的工具。這些DNA片段可能來自生物體的脫落細胞、排泄物或黏液等，漂浮在環(huán)境中，就像是生物留下的“足跡”。eDNA陷阱在提升檢測靈敏度、減少環(huán)境污染干擾、以及降低對物種棲息地的干擾方面具有重要優(yōu)勢，尤其適用于難以觀察和研究的動物或棲息環(huán)境。
科學家們通過使用eDNA陷阱，能夠更高效、更靈敏地檢測特定物種的存在，甚至可以發(fā)現(xiàn)那些稀有或難以捕捉的生物。這種方法不僅是非侵入性的，對生物無害，而且成本效益高，在生物多樣性監(jiān)測、入侵物種檢測和瀕危物種保護等領域具有廣泛的應用前景。
04****負對照
負對照（Negative Control）是科學實驗中用于驗證實驗結果是否受到外部污染或其他不相關因素干擾的一種重要控制手段。在環(huán)境DNA（eDNA）研究中，負對照通常指在采樣過程中，不涉及目標物種的樣本，用于檢測是否存在任何來自環(huán)境、設備或操作過程中的DNA污染。負對照的設置可以幫助研究人員確認實驗中觀察到的DNA信號是否真正來源于目標物種，而不是外界污染的結果。
在eDNA采樣中，負對照可以分為兩類：場地負對照和設備負對照。場地負對照是在采樣地點使用與實際樣本相同的采樣設備和方法，但采樣時避免接觸目標物種的DNA，通常會在已知目標物種不在現(xiàn)場的區(qū)域收集樣本；設備負對照則是通過對采樣設備本身進行清潔和檢測，確保設備在使用前沒有殘留的DNA。研究人員用這些負對照的設置，就能夠比較有效的確保采集的DNA數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，有效排除外部污染對研究結果的影響。
例子1：在一項研究中，采用了負對照來檢測水樣中是否存在外部污染物。他們在研究佛羅里達州的入侵物種——緬甸蟒（Burmese python）的環(huán)境DNA時，使用了負對照來確認其采集的水樣中是否有來自其他物種的DNA污染。在這項研究中，場地負對照樣本是從不涉及目標物種的水域采集的，目的是確保采樣過程沒有污染源。結果顯示，通過負對照分析，研究人員能夠確保所有檢測到的DNA信號都確實來自緬甸蟒，而非外部環(huán)境污染。
例子2：另外一個研究中，研究團隊對采集水樣的設備進行消毒處理，并在每次采樣前后都進行了設備負對照。具體來說，他們在每次使用設備之前，先收集一個不含目標物種DNA的空白水樣，用來檢測是否存在來自設備的污染。通過設備負對照，他們能夠排除設備本身可能存在的污染干擾，確保水樣中的eDNA確實來源于目標物種。海濕聲明: 1.本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。供參考。2. 因本平臺斜體字拷貝至外部平臺時常出現(xiàn)內容丟失的情況，故本文中，物種拉丁學名未作斜體設置。信息源 | Newton J P, Allentoft M E, Bateman P W, et al. (2025)
編譯 | 王芊佳

編輯 | Maggie
排版 | 綠葉

參考資料略