封面新聞記者馬曉玉譚羽清
如果說，eDNA技術就像「生物偵探」一樣不斷探索著大自然的秘密。那麼，eDNA採樣器就是幫助「偵探」發現生物奧秘的最佳拍檔。
3月18日，中國科學院水生生物研究所何舜平研究員團隊聯合北京大學姚蒙副研究員在《Science China Life Sciences》雜誌上發表文章，當中提到了一款外形酷似"農藥噴霧機"的最新eDNA採樣設備，該設備經過東湖實證研究，檢測到了隸屬於16個科、36個屬的共51種魚類。
水生態eDNA監測應用的新設備。圖源中國科學院水生生物研究所
近日，何舜平在封面新聞記者採訪時表示，這項研究不僅驗證了eDNA技術在實際監測中的應用效果，也為生態監測領域提供了新的視野與工具。
eDNA實現"雁過有痕"
任何生物存在過後，都會留下專屬的痕跡。只要從海中舀一杯水，從土壤中挖一抔土，從沉積物中分離一管淤泥等等，科學家們就能知道有哪些物種曾在附近出沒，這得益於一種強大的工具— —eDNA技術（環境DNA）。何舜平解釋道，"這意味著我們不用找到生物本身就能檢測到它的DNA 。"
具體來說，eDNA就是指從環境樣本（如空氣、土壤、水體、沉積物等）中提取的所有不同生物的DNA，其來源廣泛，包括生物體的體液、糞便、脫落的皮膚或毛髮等。它的發展最早可以追溯至1987年，1990年出現了第一個使用這項技術的工作，研究人員使用eDNA分析了海水樣本中的微生物DNA。 2010年前後，隨著eDNA宏條碼技術的發展，eDNA開始廣泛應用於水生生物的監測。
何舜平及團隊在進行採樣前準備。圖源受訪者
eDNA具有高靈敏度，能夠檢測到即使是極少量的DNA片段，從而揭示那些難以直接觀察到的生物種類，如稀有或隱密物種。為了讓科研人員無需直接對生物體進行幹擾就能實現有效的生物多樣性監測，eDNA成為了最好的選擇之一。
然而，要充分發揮eDNA技術的優勢，高效率的採樣方法同樣不可或缺。回憶起以往的物種採樣經歷，何舜平感嘆，"過去，eDNA的研究可謂步履維艱。我們通常需要從河中採集近一噸的水量運回實驗室，再經過繁瑣的過濾過程，才能對DNA進行測量。"此外，傳統的物種鑑定需要仔細的肉眼觀察、形態比對、經驗判斷等。稍有不慎，就會出錯。
中國科學院水生生物研究所研究員何舜平。圖源受訪者
攻堅克難：勇闖馬裡亞納海溝
為打破傳統生物監測技術的桎梏，何舜平帶領科研團隊研發出了最新的eDNA採樣設備－Tri-Mode eDNA Sampler（三模式eDNA採樣器），該設備從帶回水、帶回過濾器和帶回數據這三個層次提高了自動化程度，不僅減少了現場人員的勞動負擔，也降低了對操作人員的專業要求。他表示，「eDNA採樣器目前在環境科學裡面算是一個很基礎的工具，作為未來環境評估的一個標準方式，它的需求也將日益增長。而我們的儀器，正是填補了這一領域的空白。
這樣一台自動化設備的誕生，還要追溯到何舜平勇闖馬裡亞納海溝的經驗。他回憶道，「2019年，我們跟著『探索一號』考船前往馬裡亞納海溝，在『奮鬥者』號全海深載人潛水器的幫助下，我們得以潛入水下4000公尺的海山地區。讓何舜平收集到大量珍貴的深海魚類標本，更為他提供了探索全新物種採樣方式的靈感。
何舜平在「探索一號」科考船上準備下潛採樣的設備。
在深海裡採樣，最直接的採樣方式就是拿桶子把水裝上來。然而，要想把成噸的水從深海中運上來可不是件容易的事兒。於是何舜平想到了另一個方式：直接在水下過濾！
照著這個思路，何舜平團隊精心設計出一種帶有過濾性能的帶棒裝置。這款設備外型酷似農藥噴霧機，一端背負在背上，另一端則伸入水中。何舜平介紹道，「研究人員只需操作設備過濾一噸水，其中的DNA便會被吸附到一張膜上。我們只需將這張濾膜冷凍保存並運送回實驗室，既方便又不會影響DNA的完整性。
更值得一提的是，這款設備還具備高度的靈活性和可擴充性。它可以輕鬆安裝在無人船、無人機等平台上，每換一個環境就能進行一次採樣。這樣科研團隊能夠用更小的體積採到更多的環境DNA，大大提高了採樣的彈性和效率。
三模式eDNA採樣器。圖源中國科學院水生生物研究所
宏偉藍圖：萬種魚基因組計劃
儘管現在的eDNA檢測技術相比過去已經有了很大的改善，但在檢測生物多樣性方面還是存在著許多問題。一方面，在某些物種的基因組裡有許多的重複序列和特異性結構，往往比較難檢測。特別是像蚌殼、螺螄、牡蠣等水生無脊椎動物，其基因組的複雜性往往需要我們投入大量精力去攻克。
此外，參考資料庫不全面、專業化程度低的問題也成為eDNA發展的主要瓶頸。為了建立一個涵蓋世界各地魚類的所有目和代表性科的魚類基因組資料庫。 2019年，數位化地球研究所-海洋研究中心聯合中國科學院水生生物研究所等五家科學研究機構共同發起了萬種魚基因組計畫（簡稱Fish10K）。
Fish10K計劃歷時10年，分三個階段，採集一萬種左右的代表性魚類。何舜平表示，目前已經差不多完成了十分之一的目標，3,000多種原生動物的基因組和遺傳資料已經上傳。
三模式eDNA採樣器及其三種工作模式。圖源受訪者
另一方面，何舜平團隊與多個團隊共同建造的水生生物eDNA資料庫（AeDNA），旨在實現水生生物的調查、監測、追溯和預警的綜合能力。他介紹道，"水生生物環境DNA數據庫包括60萬條條碼序列和6199份基因組序列，是目前水生生物領域全球數據量最大，群類覆蓋最全，準確性最高的數據庫之一。"
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