陸生動物監(jiān)測中的環(huán)境DNA介質(zhì)選擇——屬性、局限與時(shí)空偏離

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出品 | 海潮天下

陸生生物多樣性監(jiān)測正處于一個(gè)極為“尷尬”的斷層期。一方面是全球范圍內(nèi)的物種喪失速度不斷加快，傳統(tǒng)的調(diào)查手段，如紅外相機(jī)、活體捕捉或是依靠專家現(xiàn)場辨識，在面對大尺度、高頻次的監(jiān)測需求時(shí)，有點(diǎn)成本過高、效率低下——對于那些行蹤隱秘、種群密度極低的瀕危物種，傳統(tǒng)方法往往面臨“搜尋無果”的困境；另一方面，雖然環(huán)境DNA（#eDNA）技術(shù)在水生生態(tài)系統(tǒng)中雖說已取得了成功、甚至成為了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的工具，但在陸地環(huán)境的應(yīng)用中，卻始終處于一種“碎片化”的狀態(tài)。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編注意到，由趙北倫（Beilun Zhao，音譯）與托比亞斯·安德曼（Tobias Andermann）合作完成的一項(xiàng)技術(shù)綜述，于2026年1月23日正式發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《分子生態(tài)資源》（Molecular Ecology Resources）上。

該研究對245項(xiàng)已有研究做了復(fù)盤，系統(tǒng)的梳理了采樣介質(zhì)對監(jiān)測結(jié)果的影響。遺傳物質(zhì)從動物身上脫離后，在環(huán)境中的狀態(tài)并不是一成不變的，它們處于產(chǎn)生、運(yùn)輸、降解的動態(tài)循環(huán)中。這意味著檢出DNA并不等同于親眼看見動物；所以，科研人員必須根據(jù)研究目標(biāo)在不同采樣介質(zhì)間尋找平衡。

(圖文無關(guān))▲上圖：eDNA技術(shù)為生物多樣性保護(hù)和土地治理提供了一種強(qiáng)有力的非侵入式工具，盡管它并非萬能，但其在追蹤野生動物蹤跡方面的潛力巨大。圖源：Paul Asman and Jill Lenoble

研究方法

該研究團(tuán)隊(duì)遵循PRISMA規(guī)范，于2025年8月在Scopus數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行了系統(tǒng)性檢索。為了確保數(shù)據(jù)的純粹性與應(yīng)用價(jià)值，篩選過程極為嚴(yán)格：僅保留了涉及陸生動物非侵入性監(jiān)測的研究，排除了古代DNA（ancient DNA）、實(shí)驗(yàn)室模擬、以及涉及脊椎動物損傷性采樣的文獻(xiàn)。在經(jīng)過摘要初篩并結(jié)合7位領(lǐng)域?qū)＜业耐薪ㄗh進(jìn)行增補(bǔ)后，最終確定的245篇核心論文構(gòu)成了本次評估的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，涵蓋了從2011~2025年間的關(guān)鍵科研成果。

這些入選的研究在地理分布上以美國和澳大利亞最為集中，研究場景則橫跨了森林、草原、高山等自然生境以及城市、農(nóng)田和動物園等人工生態(tài)系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)廣度來看，研究涉及的eDNA來源多達(dá)13種介質(zhì)，監(jiān)測對象從單一行蹤隱秘的物種到哺乳綱、節(jié)肢動物門等宏類群不等。這種多維度、長跨度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了eDNA技術(shù)在不同生態(tài)功能區(qū)及分類學(xué)尺度上的普適性。

▲上圖：利用eDNA監(jiān)測陸生動物的出版趨勢及介質(zhì)應(yīng)用概況。其中，圖（a）記錄了自2011年至2025年8月的年度發(fā)文量變化，藍(lán)色曲線顯示研究數(shù)量呈逐年上升趨勢，橙色曲線則反映出所涉及的eDNA采樣介質(zhì)類型日益多樣化。圖（b）進(jìn)一步細(xì)化了不同采樣介質(zhì)在各分類群監(jiān)測中的應(yīng)用頻次。圖（c）通過桑基圖直觀呈現(xiàn)了各類采樣介質(zhì)與監(jiān)測對象之間的對應(yīng)關(guān)聯(lián)，揭示了當(dāng)前科研領(lǐng)域在利用環(huán)境樣本追蹤陸生生物多樣性時(shí)的技術(shù)偏好與分類學(xué)覆蓋范圍。論文出處：Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

三類介質(zhì)、技術(shù)瓶頸

目前實(shí)地監(jiān)測常用的介質(zhì)，可以歸納為三類。

土壤、水和空氣是最基礎(chǔ)的非生物介質(zhì)。土壤能像倉庫一樣吸附并長期保存DNA，但其中的復(fù)雜成分有時(shí)會干擾后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析；空氣采集則是近年來的熱點(diǎn)，它能捕捉到更即時(shí)的物種信息。生物介質(zhì)利用了自然界的天然采樣器，比如水蛭、蚊子叮咬后留下的血液，或者蜘蛛網(wǎng)攔截的微顆粒。直接證據(jù)介質(zhì)則最為明確，主要包括動物排泄物、足跡或巢穴遺跡，這類樣本的針對性強(qiáng)，但在大范圍調(diào)查時(shí)，采樣效率相對較低一些。

數(shù)據(jù)解讀的準(zhǔn)確性，往往受限于空間偏離、時(shí)間偏離這兩個(gè)核心概念。

空間偏離描述了DNA來源地與最終采樣點(diǎn)之間的地理位置差，這在流動的空氣或水源中表現(xiàn)得尤為明顯。時(shí)間偏離則解釋了物種活動時(shí)間與采樣時(shí)間的落差。由于不同介質(zhì)對遺傳物質(zhì)的保護(hù)程度不同，某些樣本可能記錄的是數(shù)天甚至數(shù)月前的動物活動，而另一些介質(zhì)中的信號則會因紫外線照射或高溫迅速消失。如果忽視了這些動態(tài)屬性，監(jiān)測結(jié)論就很容易出現(xiàn)偏差。

▲上圖：基于eDNA開展生物監(jiān)測時(shí)面臨的核心挑戰(zhàn)。圖表清晰地呈現(xiàn)了假陰性、假陽性以及DNA來源與檢測點(diǎn)之間的偏離現(xiàn)象：左下方的“空間偏離”揭示了eDNA隨環(huán)境擴(kuò)散的特性，即在遠(yuǎn)離物種實(shí)際活動位置的地方檢測到其遺傳物質(zhì)；右下方的“時(shí)間偏離”則反映了eDNA在環(huán)境中的持久性，導(dǎo)致采樣點(diǎn)檢出的信號可能來自早已離開或消失的生物。這些挑戰(zhàn)共同構(gòu)成了eDNA數(shù)據(jù)解析中必須考量的時(shí)空變量。論文出處：Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

在實(shí)際操作層面，假陰性、假陽性依然是無法回避的技術(shù)瓶頸。假陰性多是因?yàn)椴蓸恿坎蛔慊蚪橘|(zhì)對反應(yīng)產(chǎn)生了抑制；假陽性則可能來自二次運(yùn)輸，例如猛禽在遠(yuǎn)處排泄掉捕食到的獵物DNA。

（圖文無關(guān)）攝影 ?海潮天下（Marine Biodiversity）

該研究表明，并沒有一種介質(zhì)能夠勝任所有的監(jiān)測場景。設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要綜合考慮目標(biāo)物種的生物特性及其在特定介質(zhì)中的降解規(guī)律，用多種介質(zhì)的交叉驗(yàn)證，并結(jié)合具體的時(shí)空動態(tài)模型，才能在陸生生物多樣性評估中得到更接近真實(shí)情況的科學(xué)依據(jù)。

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：

Zhao, B., and T.Andermann. 2026. “Properties and Limitations of eDNA Substrates for Terrestrial Animal Monitoring.” Molecular Ecology Resources26, no. 2: e70096. https://doi.org/10.1111/1755-0998.70096.

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信息源 | Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

文 | 朱瀟瀟

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

時(shí)間 | 2026年4月

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