使用新的尖端eDNA系统发现珊瑚礁丰富的生物多样性

在冲绳清澈湛蓝的海水下几米处，被称为Scleractinia的造礁珊瑚已经安静地生活了几个世纪。慢慢地，他们一层一层地建造了由碳酸钙制成的复杂、坚硬的结构，形成了今天充满活力的珊瑚礁。

现在，研究人员已经开发出一种综合系统，仅使用表层海水样本即可识别这些硬珊瑚的多样性。这项环境DNA（eDNA）元条形码系统可以成功检测到日本已知的85属造礁珊瑚中的83属，从而对其进行有效和高精度的监测。

这项新研究发表在Galaxea上，是冲绳科学技术研究所（OIST）、冲绳环境科学中心法人基金会、琉球大学、冲绳Churashima基金会研究所、宫崎大学和九州大学成功合作的结果。

多年来，珊瑚调查是由训练有素的潜水员和浮潜者进行的，他们参观了每个珊瑚礁，逐一识别珊瑚物种，并定期返回记录任何变化——这一过程既耗时又往往不精确。

“此外，区分珊瑚可能具有挑战性，因为它们的外部特征或形态在物种内几乎没有变化，”OIST海洋基因组学部门的Nori Satoh教授解释道，他也是该研究的合著者。

“使用这种方法进行全面调查是不可行的，因为潜水员受到时间和深度的限制。他们可能能够检查10到20米的珊瑚礁，但调查10公里甚至100公里的区域超出了他们的能力，”他补充道。

虽然水下视频成像改善了大规模评估，但这些传统的监测方法的范围仍然有限。

新方法解决了许多这些局限性。珊瑚和大多数生物体一样，不断地将DNA释放到环境中。它们的粘液、碎片和其他排泄物漂浮在海水中。通过收集和分析这种eDNA，研究人员现在将能够以更高的准确性、效率和成本效益检测和监测重要的造礁珊瑚。

该系统被称为Scleractinian Environmental DNA Metabarcoding（Scl-eDNA-M），将使研究人员无需进入水中即可监测珊瑚多样性。

2021年，OIST和东京大学的研究人员开发了一种新的基于环境DNA的工具来检测珊瑚物种。当他们用它来鉴定日本Scleractinia的不同属时，他们发现，由于比较所需的参考线粒体基因组序列库中的空白或不一致，许多已知的Scleractenia属无法被鉴定。

虽然估计有85属造礁石珊瑚栖息在日本水域，但国际公认的数据库仅包含约60属的数据，约有25属未被发现。本研究解决了这些不足。

研究人员对日本已知的Scleractinia属的近三分之二进行了测序，以建立一个全面的珊瑚检测系统。他们的发现揭示了琉球群岛以前未被认识的多样性，冲绳海岸线沿岸有异常丰富的造礁珊瑚。在之前的调查中，许多珊瑚属可能被忽视了。

这一发现表明，冲绳的海岸线可能拥有比以前想象的多得多的珊瑚多样性。此外，Scl-eDNA-M系统极有可能覆盖太平洋中发现的大多数Scleractinia属。

“我们从冲绳的主要岛屿和周边岛屿收集了样本。使用这个系统，我们确定了在这些水域中发现的至少70个珊瑚属，揭示了冲绳丰富的珊瑚礁生物多样性，到目前为止，这在很大程度上是未知的。此外，我们从Kerama、Miyako和Kumejima采集的样本突显了该地区的生态意义及其在未来珊瑚礁保护中的重要作用，”Satoh教授解释道。

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。

珊瑚礁是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，覆盖了0.2%的海洋，但支持了30%以上的海洋物种。珊瑚礁在保护海岸线免受风暴和侵蚀、维持渔业和支持全球数百万人的生计方面也发挥着至关重要的作用。

这些生态系统正面临严重威胁。近年来，海洋温度上升导致珊瑚广泛白化，导致珊瑚死亡和珊瑚礁消失。

为了保护珊瑚礁，研究人员必须首先了解它们——确定每个珊瑚礁中存在哪些珊瑚物种，并跟踪随时间的变化。频繁、详细的监测对于保护工作至关重要，而这个新系统为实现这一目标提供了强大的工具。

“珊瑚现在可以在东京湾的入口处找到，这是气候变化重塑海洋生态系统的另一个迹象。这种变化突显了对准确监测的迫切需求，我们新开发的系统提供了一个强大的解决方案，”佐藤教授说。通过它，研究人员可以在日本各地发现斯氏珊瑚属。

“我们可以跟踪东京湾的珊瑚种群，监测它们随时间的变化，并预测未来的变化。”

“我们现在正准备在帕劳和台湾等日本本土以外的地区测试该系统，并计划将其扩展到夏威夷，”Satoh教授补充道。

随着该系统应用于新的地区，预计将迎来珊瑚礁保护的新时代，尤其是在世界海洋最需要它的时候。p