环境DNA可以在海洋生物多样性调研中大有作为。图片来源：DFO Science不必捕鱼或潜水仔细观察，从海中杯子一杯水，就能告诉最近有哪些鱼类曾在附近捕食，这是什么神仙技能？上世纪80年代，环境DNA的概念被首次明确提出，用作研究陆地动物食性或淡水环境中的微生物构成等。如今科学家又有了极具野心的计划：用环境DNA调查海洋中的生物多样性。
2018年，首届海洋环境DNA会议在美国洛克菲勒大学举办，会议认为对渔业、濒临绝种物种展开监控时，应当让海水中的环境DNA“物尽其用”。海水中能萃取出有的遗传信息很多，比如海洋生物掉下来的皮肤细胞、鳞片等的组织，这些都归属于环境DNA，它们能为精确辨识物种获取协助。好比是告诉他人们海洋中有哪些动物，环境DNA还能告诉他人们哪些地方有少见的食用鱼类捕食，或者检测到哪些水域有可能不存在污染。
不过，厦门大学海洋与地球学院教授丁少雄告诉他《中国科学报》，“这是一项不俗的技术，但目前还不存在不少缺失”。道别拖网2017年夏天，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）东北部渔业科学中心的研究人员刘媛在纽约州和康涅狄格州之间的长岛湾收集了近30份海水样品。
这里是出名的牡蛎产地，不少渔民将装有牡蛎的笼子放到海水中养殖，这些笼子不会惹来许多鱼类。同时，附近还有岩石或冷水珊瑚等天然的海底结构，为附近的鱼类获取栖息于场所。养殖牡蛎的笼子和天然的珊瑚岩石分别代表了人造和天然两类海底结构，它们不会更有有所不同的鱼类吗？这是刘媛收集海水样品的目的。
她取样的两个站点间距约有2000米，用传统的拖网调查并不大不切实际。“在这么小的范围内，不太可能寻找显著的差异。
”刘媛说道。通过辨识海水样本中的环境DNA，则有可能寻找蛛丝马迹。刘媛与合作者对收集到的样本展开测序分析，将取得的遗传标记与数据库展开较为，找到的确有一部分鱼更加注目有天然结构的海底，而且在样本收集的3个月中，鱼群种类构成随时间推移有显著变化。
海洋生物多样性包含、鱼群迁移阶段……的确，跟拖轻巧的渔网比起，杯子一杯水不会节奏轻快得多。而且在珊瑚礁等鱼群种类非常丰富的地方，必须寻找更加便利且对环境友好的调研方式。以辨识海洋中的生物多样性为事例，如果靠传统捕鱼手段，研究者在同一海域能捕捉到大约20种有所不同的鱼类；但用环境DNA，在同一水域中则可以有100多个物种被检测出来。如果能收集到更加多极具持续性的样本，将其与传统调查方式得出结论的结果比较照、检验有效性，那么假以时日，环境DNA技术则有可能沦为钓鱼、拖网、潜水等方法之后，一种新的海洋生物多样性调查利器。
“我们从部分杯水中就能告诉一大群鱼的信息，这在环境和经济方面都具备重大意义。”洛克菲勒大学生物信息和遗传学家Mark Stoeckle曾这样评价环境DNA技术的应用于前景。
更加给力的测序技术DNA作为遗传信息不存在于生物的每一个细胞中。早在1990年前后，就有研究者利用环境DNA辨识水中的微生物。2003年，环境DNA首次用作检测样品中否不存在大生物（指肉眼可见的生物）。
到2010年前后，渐渐有研究者将环境DNA技术引进海洋调查中。通过一个精细的过滤器，研究者可以从水体样本中萃取出有物种DNA。在一份海水样品中，可包括的DNA片段能超过上千万个，而每一个物种能装载的DNA又是独一无二的。
将从样品中取得的遗传标记序列与DNA数据库中的序列比起对，就看起来在通讯录里寻找适当的电话号码，从而证实分析的DNA来自什么物种。分析环境DNA常用的方法还包括定量聚合酶链式反应技术（PCR）和基于高通量测序的宏条形码技术。之前，测量海水中的DNA不仅费用便宜，而且必须的时间较长。
随着基因测序技术的发展，搞清楚水中有哪些生物的DNA不像先前一般便宜，而且效率更加低。比如在辨识特定物种的非常丰富程度时，环境DNA的分析结果可以在样本收集后的几天内得出结论，对某些物种的分析甚至可以在24小时内得出结论结果。
斯坦福大学的海洋生物学家Barbara Block和其他研究者正在利用环境DNA跟踪大白鲨在海中的踪迹。利用纳米孔测序技术，他们可以在48小时内确认取样处否曾有大白鲨捕食。
不过，对哪个基因展开测序是一个大大不作要求的过程。“生物的整个DNA装载的信息量十分可观，只要挑选其中一段就可以判断物种种类，但明确自由选择哪一段基因必须只想考量。
”刘媛告诉他《中国科学报》。比如COI基因作为用于最普遍的标准条形码基因，有当前最非常丰富的参照序列数据库，对于物种的检验特异性较高，但是有可能足以涵括高度的多样性。
沦为主流技术的门槛丁少雄告诉他《中国科学报》，环境DNA在2020-03-08 若要知道充分发挥实力，还必须符合一些前提条件，“比如水体样本中能否顺利萃取出有所有目标生物的DNA，测序结果能否从DNA数据库的序列中寻找参考”。和人掉落在房间里的皮肤细胞有所不同，鱼类或其他海洋生物掉下来的皮肤的组织不会受到水流、温度以及酸碱性等因素的影响，在较短的时间内溶解、水解，因此从水体样本中萃取出所必须的物种DNA有一定可玩性。
另一方面，若DNA数据库没全面、高质量的序列储备，即便从海洋中萃取出有环境DNA，也不能是“巧妇难为无米之炊”。“有时我们将检测结果与数据库比较比，得出结论的结果是‘不得而知’，但答案知道是不得而知吗？也许传统的物种检验学家应当和环境DNA的研究者一起工作，DNA数据库必须扩展。”刘媛回应。
对于政府部门和项目资助者来说，他们有可能更加期望看见环境DNA与传统的研究方法有何有所不同，以及对环境DNA的利用能否超过更加高效的水准，比如不只是测量某一区域有多少种鱼类，还要更进一步确认这些鱼类的生物量。“但这项工作的影响因素过于多了，季节、水温、水深、风的大小、水流变化等等，都会对生物量的估计产生影响。
”丁少雄回应。也许与更加多学科的研究者合作能一步步解决问题这些问题。
刘媛提及一些设想：“比如环境DNA的研究者应当与研究海洋物理的科学家合作，搞清楚海里的水如何流动，融合海水中各种简单的化学和物理过程，创建关于环境DNA在水体中存留时间的精确模型。”不论如何，环境DNA研究受到了更加多的注目，丁少雄坦言，近两年看见的与环境DNA涉及的项目申请人数量显著逆多。不过，这项技术能否沦为未来的主流，还必须更好的时间和经费去检验。
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