《Scientific Reports》：From fish to invertebrates: multi-marker eDNA metabarcoding for monitoring wetland biodiversity and non-indigenous species in Macao SAR China
编辑推荐：
本研究针对澳门城市化进程中近半历史湿地丧失、生物多样性状况不明的紧迫问题，研究人员通过环境DNA(eDNA)宏条形码技术，靶向12S rRNA、18S rRNA和COI基因，系统调查了湿地鱼类与无脊椎动物多样性。研究发现85种鱼类、298种无脊椎动物和9种非鱼类脊索动物，包括18种外来鱼类，揭示了群落高度地点特异性、外来鱼类广泛分布及沿海无脊椎动物群落显著的季节性更替。该研究建立了澳门首个全面的eDNA基线，为整合分子技术与传统监测、保护城市湿地生态系统提供了关键科学依据。
在繁华都市的钢筋水泥之间，湿地如同“城市之肾”，默默提供着水源涵养、气候调节和生物栖息地等至关重要的生态系统服务。然而，快速的城市化进程正不断侵蚀着这些宝贵的生态空间。澳门，这座位于珠江口的国际都市，人口高度密集，其发展历程也是与海争地的历史。据统计，这座城市约一半的历史湿地生境已经消失。但留存下来的湿地，对于东亚-澳大利西亚候鸟迁飞区（East Asian–Australasian Flyway）上的候鸟而言，依然是不可或缺的“中转站”和“加油站”。面对如此严峻的生态压力，一个基础而关键的问题却尚未得到清晰解答：在这些残存的湿地中，究竟生活着哪些生物？它们的多样性状况如何？是否正遭受外来物种的入侵？传统的生物调查方法，如拖网、陷阱和目击计数，不仅耗时费力，可能对生物及其栖息地造成干扰，在复杂、脆弱的湿地环境中实施也存在诸多局限。
为了回答这些问题，一项发表于《Scientific Reports》的研究另辟蹊径，将目光投向了环境中无处不在的“生命痕迹”——环境DNA（Environmental DNA, eDNA）。所有生物在生活过程中，都会通过脱落皮肤细胞、排泄物、黏液等将自身的DNA释放到周围的水体、土壤或空气中。eDNA技术，便是通过采集环境样本（本研究为水样），提取并分析其中包含的DNA片段，来反推环境中存在的物种，如同一把能“读取”环境生命信息的分子显微镜。这项研究的核心，便是首次在澳门系统地应用eDNA宏条形码（metabarcoding）技术，对主要湿地中的鱼类和无脊椎动物多样性进行了一次全面“普查”。
为开展此项研究，研究人员采用了几个关键技术方法。首先，研究在澳门选取了代表性的内陆与沿海湿地作为采样点，采集水样以获取环境DNA。核心技术是eDNA宏条形码分析，该方法同时针对三个遗传标记基因进行高通量测序：用于检测脊椎动物（尤其是鱼类）的12S核糖体RNA（12S rRNA）基因，用于检测真核生物（特别是无脊椎动物）的18S核糖体RNA（18S rRNA）基因，以及应用更广泛的细胞色素c氧化酶亚基I（Cytochrome c oxidase subunit I, COI）基因。通过对PCR（聚合酶链式反应）扩增后的产物进行测序，并将获得的序列与公共参考数据库进行比对，从而鉴定出环境样本中存在的物种。
研究结果揭示了澳门湿地隐藏的生物多样性图景。
高度地点特异性的生物群落
分析表明，澳门不同湿地点的生物群落组成差异显著，呈现出高度的地点特异性。内陆湿地与沿海湿地的生物群落结构存在清晰分界，这反映了盐度、水文连通性、人类活动强度等环境因子的梯度变化对物种分布构成了强大的过滤作用。例如，一些纯淡水鱼类仅出现在内陆点位，而典型的河口或海洋物种则聚集在沿海湿地。
外来鱼类的广泛入侵
一个值得警惕的发现是，非本地鱼类在澳门湿地中分布广泛。研究共检测到85种鱼类，其中18种被鉴定为外来物种。这些外来鱼类并非局限于个别受干扰严重的水体，而是在许多采样点都有出现，这强烈反映了高强度的人类活动（如观赏鱼放生、水产养殖逃逸、船只压舱水排放等）已成为驱动澳门湿地鱼类群落变化的关键力量。
无脊椎动物群落的季节性动态
季节变化对生物群落的影响在鱼类和大型无脊椎动物中表现不同。在鱼类群落中，未观察到显著的季节性更替。然而，在沿海湿地，无脊椎动物群落却表现出强烈的季节性周转。不同季节（如温暖季节与凉爽季节）的优势无脊椎动物类群可能发生变化，这表明温度、降雨、食物资源等季节性因子对无脊椎动物的分布和丰度有着更为直接和迅速的影响。
参考数据库的局限性与“暗多样性”
尽管eDNA技术展现出强大能力，但研究也凸显了当前技术的一个主要瓶颈：不完整的参考数据库。高达56%的由COI基因衍生的ESV（操作分类单元）无法被鉴定到物种水平，只能归属于属、科或更高的分类阶元。这意味着，澳门湿地区域可能存在大量尚未被科学描述或未将其DNA条形码序列录入数据库的物种，这部分“暗多样性”是目前认知的盲区，也预示着当地实际的生物多样性可能比本研究已揭示的更为丰富。
结论与讨论
综合以上发现，该研究绘制了澳门湿地水生生物多样性的首幅eDNA图谱。结论明确指出，生境破碎化（体现为群落的高度地点特异性）和季节性动态以不同的方式塑造着不同生物类群（如鱼类与无脊椎动物）的多样性格局。同时，外来鱼类的广泛存在，是澳门湿地生态系统承受巨大人为压力的直接证据。
这项研究的意义重大。首先，它建立了澳门湿地生物多样性的第一个系统性eDNA基线，为未来长期监测生态变化、评估保护措施成效提供了至关重要的“本底”数据。其次，研究揭示了外来物种入侵的普遍性，为澳门防范和管理生物入侵风险提供了明确的科学预警。更重要的是，研究结果凸显了当前宏条形码技术在应用于区域多样性调查时，因本地参考数据库缺失而面临的鉴定局限。因此，作者强调，未来亟需加强地方性物种的DNA条形码库建设。同时，将eDNA这类快速、灵敏、非侵入性的分子监测技术，与传统的野外实地调查方法相结合，形成优势互补，将是未来精准、高效管理和保护城市湿地生态系统，应对城市化与生物多样性丧失之间矛盾的必由之路。这项研究为像澳门这样的高度城市化区域如何利用前沿科技工具理解和守护其珍贵的自然遗产，提供了一个成功的范例。
