極地eDNA監(jiān)測技術(shù)在船舶生物安全中的突破應(yīng)用 | 海潮天下·前沿

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南極和亞南極島嶼由于極端的地理位置，長期以來被視為全球少數(shù)尚未被外來海洋物種大規(guī)模入侵的凈土。但在全球氣候變暖、航運活動密度增加的雙重影響下，船舶船體附著的“生物污損”，正成為極地生態(tài)安全的主要隱患。傳統(tǒng)的生物安全監(jiān)測高度依賴潛水員的手術(shù)式目視巡檢，不僅受制于能見度和水域環(huán)境，也極易遺漏微小或隱蔽的底棲生物。

針對這一瓶頸，澳大利亞南極計劃的科學(xué)家2026年2月在Science of The Total Environment期刊上發(fā)表了一個研究，證實了環(huán)境DNA（eDNA）技術(shù)在檢測船舶攜帶入侵物種方面的顯著優(yōu)勢。

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▲上圖：澳大利亞南極計劃的科學(xué)家在船舶航行途中利用海綿采樣器捕獲環(huán)境DNA（eDNA），成功開發(fā)出一種比傳統(tǒng)人工潛水目視更敏銳的物種檢測手段，能夠精準(zhǔn)識別附著在船體上的蠕蟲、軟體動物及甲殼類等微小生物，為評估生物清理效果及預(yù)防外來物種入侵脆弱的極地生態(tài)系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的分子生物學(xué)數(shù)據(jù)支持。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

這項研究的實證過程始于2022年。

科研團隊在Aiviq號科考船從塔斯馬尼亞前往麥夸里島的航程中，利用一種極簡且低成本的采樣裝置進(jìn)行了技術(shù)驗證。研究人員將洗面海綿置于帶有孔洞的塑料球內(nèi)，使其在航行過程中吸附海水及其攜帶的遺傳物質(zhì)。eDNA本質(zhì)上是生物體排泄、脫落或由于死亡殘留在環(huán)境中的DNA片段。對這些片段進(jìn)行分子條形碼分析，讓科學(xué)家可以在不捕捉活體樣本的情況下，識別出水體中存在的所有生物種類。

▲上圖：采樣地理位置分布：圖a為“Aiviq”號科考船在研究期間的整體航行軌跡；圖b詳細(xì)標(biāo)注了霍巴特港的麥夸里2號和6號碼頭，即在霍巴特進(jìn)行eDNA采樣的具體地點；圖c則顯示了“Aiviq”號在麥夸里島周邊的采樣位點，并對比標(biāo)注了2018年“Aurora Australis”號在此采集樣本的區(qū)域。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

在霍巴特港進(jìn)行的對比實驗，展示了eDNA的高靈敏度。在船舶進(jìn)行船體清理的前后，潛水員通過肉眼觀察辨認(rèn)出了24個物種，而同步進(jìn)行的eDNA檢測則鎖定了41個物種。這些物種不僅包含常見的藻類和軟體動物，還涉及肉眼極難辨識的各種蠕蟲、海星、海綿、螃蟹和海鞘。

當(dāng)船舶抵達(dá)數(shù)千公里外的麥夸里島時，eDNA檢測依然能夠精準(zhǔn)地捕捉到27種與船體相關(guān)的物種，其中半數(shù)以上與此前在霍巴特港觀察到的生物特征吻合，證明了該技術(shù)在追蹤跨洋物種運輸方面的可靠性。

▲上圖：被動式eDNA采樣的布局設(shè)計：圖a標(biāo)明了沿船體長度分布的各個采樣點位；圖b詳細(xì)演示了每個采樣點的深度配置，即在水面以下1米、4米和8米處分別部署三個海綿采樣器。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

▲上圖：南極海面上的船只。?Joys 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

盡管eDNA技術(shù)在早期預(yù)警、監(jiān)測覆蓋面方面具有無可比擬的效率，但該科研團隊也指出了該技術(shù)的局限性。目前的分子檢測無法直接區(qū)分DNA是來自存活的個體、還是已經(jīng)死亡的殘骸。這意味著，當(dāng)eDNA檢測結(jié)果呈陽性時，并不絕對代表入侵物種已經(jīng)成功存活并具備繁衍風(fēng)險。因此，在實際應(yīng)用中，eDNA更多被定位為一種前哨預(yù)警系統(tǒng)。它能為生物安全官員提供數(shù)據(jù)支撐，從而精準(zhǔn)觸發(fā)后續(xù)的潛水員實地調(diào)查或清理工作。

隨著2025年RSV Nuyina號在丹曼冰川等地的進(jìn)一步采樣數(shù)據(jù)并入，eDNA監(jiān)測庫正變得日益豐富，為建立海洋環(huán)境基準(zhǔn)信息提供了高通量的手段。尤其是在氣候變化導(dǎo)致極地水溫上升、生存門檻降低的背景下，eDNA技術(shù)的應(yīng)用將有效彌補傳統(tǒng)生物安全管理的盲區(qū)，為保護脆弱的深海及極地生態(tài)系統(tǒng)提供更為嚴(yán)密的科學(xué)屏障。

感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Perry F, Shaw J D, Cassey P, et al. Passive environmental DNA (eDNA) sampling is effective for monitoring vessel biofouling in the Southern Ocean[J]. Science of The Total Environment, 2026, 1013: 181230.

eDNA·新研究

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資訊源 | Perry, Frances, et al.

文 | 朱瀟瀟

指導(dǎo)老師 | Linda

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年4月

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