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为评估深海采矿背景下底栖生物多样性监测的最佳分子策略，本研究对比了从底栖后生动物中提取的群落DNA（ComDNA）与从全沉积物提取的沉积物环境DNA（SedDNA）两种方法。在克拉里昂-克利珀顿断裂带（CCZ）应用18S V1–V2 rRNA标记的分析表明，ComDNA在OTU丰度、α和β多样性方面显著优于SedDNA，并估算了达到相近生物多样性覆盖度所需的沉积物体积。研究结果为建立标准化、高效的深海采矿环境影响评估监测方案提供了关键方法学指导。
深海底栖环境是地球上面积最大的生态系统，覆盖了超过60%的星球表面。然而，这片广袤而偏远的区域正面临着越来越多的人为压力，其中最具争议的当属对深海多金属结核的采矿活动。克拉里昂-克利珀顿断裂带（CCZ）蕴藏着估计达210亿吨的结核，是未来采矿的主要目标区域。采矿活动，无论是直接移除结核和表层沉积物，还是作业产生的沉积物羽流再沉降，都可能对底栖生态系统造成中度到重度的冲击。为了评估和监测这些影响，准确评估底栖生物多样性至关重要，特别是对丰度最高的后生动物——小型底栖动物而言。
然而，深海环境监测的传统形态学鉴定方法耗时长、成本高，且极度依赖稀缺的分类学专家。相比之下，环境DNA（eDNA）宏条形码技术提供了一种快速、高通量的解决方案。但DNA的提取策略（是直接从沉积物中提取总DNA，还是先从沉积物中分离出生物体再提取其DNA）会显著影响评估结果，而这两种方法在深海小型底栖动物群落评估中的表现尚未得到充分评估。这引出了一个核心问题：在CCZ这样具有高度空间异质性的深海环境中，哪种DNA提取策略能更准确地反映底栖后生动物的多样性？为了回答这个问题，研究人员比较了两种提取策略——从分离的底栖后生动物中提取的群落DNA（ComDNA）和从全沉积物中直接提取的沉积物eDNA（SedDNA）。
研究人员在2018年的SO262航次中，于CCZ的BGR合同区北部采集了19个站位的短沉积物岩心。对于SedDNA分析，从每个岩心顶部0-3 cm处采集2.35 mL的沉积物样品，并切成1 cm厚的三层分别分析。对于ComDNA分析，则从每个岩心的顶部0-3 cm（约217 mL沉积物）中提取小型底栖动物。随后，使用靶向18S rRNA基因V1–V2区的通用引物对进行PCR扩增，分别构建ComDNA和SedDNA测序文库，在Illumina MiSeq平台上进行测序。测序数据处理后，将扩增子序列变体（ASV）在97%相似度下聚类为操作分类单元（OTU），以比较两种方法在OTU丰富度、α和β多样性、分类组成等方面的表现。此外，研究还通过随机亚采样组合模型，估算了SedDNA需要处理多大体积的沉积物才能达到与ComDNA相当的OTU丰富度。
序列数据与多样性分析结果：在去除嵌合体和单例ASV并进行分类学过滤后，ComDNA数据集获得了2,145个后生动物OTU，而SedDNA数据集仅获得392个OTU，两者仅有1.2%的OTU是共有的。α多样性分析（如OTU丰富度、香农指数）显示，ComDNA显著高于SedDNA。物种累积曲线也表明，ComDNA样品的OTU积累速度远快于SedDNA。
沉积物样本量估计：研究通过随机组合不同数量的SedDNA样本，模拟OTU丰富度的积累。通过线性模型和米氏方程模型进行估算，结果取决于测序深度。例如，在测序深度为100,000条读长时，米氏模型估算需要处理约38.8 mL的沉积物，才能达到ComDNA样本的平均OTU丰富度。这表明，通过增加单次处理（而非组合多个样本）的沉积物体积，可以显著改善SedDNA的检测性能。
群落组成与结构比较：非度量多维尺度分析显示，基于Bray-Curtis和Jaccard距离，ComDNA和SedDNA的底栖群落结构存在显著差异，形成了两个独立的集群。配对PERMANOVA分析证实，提取策略对群落组成有极显著影响，而采样位置的影响则不显著。在门水平上，两种方法检测到的优势类群类似，都以环节动物门、线虫动物门和节肢动物门为主，但相对丰度和OTU贡献度存在差异。例如，在ComDNA中，线虫是OTU丰富度最高的门，而在SedDNA中则是环节动物。有4个门（半索动物、铠甲动物、毛颚动物和内肛动物）仅在ComDNA样本中被检测到。韦恩图进一步凸显了两种方法检测到的OTU重叠度极低，绝大多数OTU（84.3%的ComDNA OTU和14.4%的SedDNA OTU）是方法特异的。
讨论与结论：本研究清晰地表明，在评估CCZ深海底栖后生动物多样性方面，基于分离生物的ComDNA提取策略在分类学分辨率和OTU检出率上显著优于直接从沉积物中提取eDNA的SedDNA策略。ComDNA通过富集目标生物并减少非目标DNA和PCR抑制物的干扰，提供了更高分辨率的生物多样性评估。而SedDNA虽然处理更快、污染风险更低，但受限于样品体积小、空间异质性高以及大量非目标DNA的干扰，导致其OTU检出率偏低。
尽管如此，研究也指出了优化SedDNA协议的潜力。通过增加单次处理的沉积物体积（建议根据测序深度和处理方法，处理27-82 mL）、对沉积物进行充分均质化以克服小尺度空间异质性、以及将每个样品的测序深度提高到至少100,000条读长，可以显著提升SedDNA在多样性评估中的表现。这些发现为在深海采矿环境影响评估的背景下，开发标准化、可扩展且高效的生物多样性监测策略提供了至关重要的方法学指导。该研究发表于《Metabarcoding》期刊，强调了在制定监测方案时，需要根据具体的研究目标（如高分辨率普查 vs. 大范围快速筛查）和可用资源，在ComDNA的高信息量与SedDNA的高通量之间做出权衡。
