深入海洋：水下无人机为全球珊瑚礁研究打开新大门

在冲绳科学技术研究所（OIST），海洋基因组学部门的科学家与日本电信公司NTT Communications合作，首次使用水下无人机收集的eDNA确定了中生珊瑚属

他们的研究发表在《皇家学会开放科学》杂志上。现在，在潜水机器人的帮助下，在科学的水肺潜水或浮潜过程中，无需直接观察，就可以对珊瑚进行大规模的eDNA监测

中光珊瑚生态系统是在30至150米深处发现的依赖光的热带或亚热带栖息地。它们之所以独特，是因为与浅水珊瑚生态系统相比，它们拥有更多的本土物种。尽管如此，它们在很大程度上尚未被探索，需要更多的研究来了解它们的基本生物学

研究珊瑚的研究人员通过浮潜和水肺潜水来接近这些无脊椎动物造礁者，但这些方法有局限性，尤其是在识别更深的珊瑚时。利用生物从体内脱落到环境中的遗传物质——环境DNA或eDNA——科学家可以识别生活在特定栖息地的珊瑚和其他生物的类型，为生物多样性评估提供强大的工具

研究珊瑚的eDNA具有独特的优势。首先，与鱼类不同，珊瑚是静止的，消除了其位置的不确定性。其次，它们不断向海洋分泌粘液，为采样提供大量珊瑚eDNA。在这项研究中，研究人员分析了线粒体DNA，与细胞核DNA相比，线粒体DNA更丰富，质量更高，提高了研究结果的准确性

当水下无人机喷出气泡时，表明海水样本已成功采集

更快、更容易地监测珊瑚礁

日本的中光珊瑚生态系统（MCE）拥有世界上最高的石珊瑚多样性，这使得它们对研究人员来说特别重要，但很难监测，因为它们通常位于更深的深度。此外，为了准确监测珊瑚，科学家需要水肺潜水和分类学技能，这可能具有挑战性。因此，现有的监测MCE的方法限制了进行彻底调查，需要新的方法

2022年10月，NTT Communications的Shinichiro Nagahama联系了海洋基因组学部门负责人Noriyuki Satoh教授，他读到了他对珊瑚eDNA方法的研究。Nagahama建议使用他们的水下无人机从更深的珊瑚礁中收集样本进行eDNA分析。佐藤教授随后提出了使用无人机在更深处对中生珊瑚进行广泛调查的想法

日本的角间国家公园位于冲绳岛以西约30公里处，拥有冲绳群岛中一些最透明的水。这些水域通常被称为Kerama蓝，为研究人员测试这种新的采样技术提供了极好的机会。他们从珊瑚礁上方1到2米（深度在20到80米之间）收集了海水样本，每个样本的体积为0.5升

采样点选择在风景如画的扎拉米岛周围六个不同地区的24个地点。下一步是对这些样本进行珊瑚代谢编码分析，该分析使用硬骨珊瑚特有的遗传标记来识别每个样本中存在的不同珊瑚属

根据eDNA分析结果，研究人员成功地在属级鉴定了珊瑚。这种方法显示的某些属石珊瑚的存在和不存在表明，喀拉拉邦群岛周围的珊瑚礁根据位置和深度表现出不同的石珊瑚成分。例如，Acropora属在11个地点的比例最高，这表明这些珊瑚在扎拉米岛的珊瑚礁中很常见

研究人员还发现，Acropora eDNA在浅礁和斜坡上部山脊的比例更高，而Porites属的比例在中生地点增加。关于深度，Acropora在浅礁（≤15米）很容易被发现，而其他属在更深的礁（>；20米）更常见

要使用eDNA代谢编码方法研究珊瑚，需要对石珊瑚的线粒体基因组进行进一步测序，这项研究表明，使用水下无人机收集的eDNA，可能可以在一般水平上更有效地监测中生珊瑚

珊瑚产生一层保护性粘液层，保护它们的组织免受周围海水的伤害。在这个粘液层中，某些物质可以积极对抗有害细菌，预防潜在的珊瑚疾病。资料来源：H.Yamashiro条形图，显示了喀拉拉邦群岛每个监测点巩膜珊瑚的分布和大致比例。硬核珊瑚属的名称以不同的颜色显示在底部。数字1-24表示eDNA采样点，其深度约为米。SF是指地表海水。来源：冲绳科学技术研究所

未来的协同创新

NTT Communications开发了用于本研究的原始无人机的新版本。应佐藤教授的要求，增加了一个额外的采样器，以便在一次潜水中可以采集两个样本。此外，控制器和无人机之间的电缆长度