《PNAS》论生物多样性测量范式的根本转型 | 海潮天下·科学前沿

本文来源于海潮天下（Marine Biodiversity）：
https://mp.weixin.qq.com/s/dOk3_FAa0bDeewxq-9zIqg
欢迎微信搜索“海潮天下”，关注全球环境治理一手资讯！

本文约5400字，阅读约8分钟

出品 | 海潮天下

【海潮天下·导读】2026年3月4日，《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了一篇颇具影响力的综述性论文，提出生物多样性测量的九大变革方向。该文强调，当前的生物多样性危机下，亟需从传统的单一物种观测转向集成AI、声学监测、eDNA和遥感技术的“透明生态系统”监测。论文核心观点认为，必须在计算科学家、分子生物学家与土著社区之间建立“激进的跨界协作”，以构建一个能够适应2030年后《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》（GBF）率信息系统。这反映了保护生物学从“现状记录”向“实时反馈与干预”的思潮转变。

▲上图：该文汇总了衡量全球生物多样性现状的一系列关键数据。作者团队重点呈现了对这一本质上具有多面性和异质性的概念及现象进行全球量化评估后的核心成果。论文出处：Sutherland J W ,Burgess D N ,Edwards V S , et al.(2026)

重塑全球生物多样性信息系统

剑桥大学动物学系的威廉·萨瑟兰教授领衔，联合内尔·伯吉斯、斯科特·爱德华兹以及吉恩·罗宾逊等40余位涵盖生态学、分子生物学、数据科学及政策研究的国际专家，共同完成了一项具有里程碑意义的研究。该项研究于2026年3月4日正式发表在《美国国家科学院院刊》上，题为《实现生物多样性测量根本性变革所需的九项改变》。这篇深度评述系统梳理了当代监测技术的跨越式演进，针对全球生态治理中长期存在的数据碎片化、技术壁垒及伦理困境，提出了一套旨在重塑全球生物多样性信息系统的行动路线图。

在全球人类活动压力持续增强的背景下，生物多样性的急剧下降已不仅是生态议题，它成了威胁社会稳定、经济发展的一个系统性的风险。

萨瑟兰团队在文中强调，精准且可靠的生物多样性测量是所有保护行动、恢复工程及可持续管理政策的逻辑起点。当前，我们正处于一场由新兴技术驱动的监测革命之中，从公民科学的广泛参与，到声学监测、环境DNA（eDNA）、基因组学、高分辨率遥感、以及人工智能（AI）的深度融合，这些技术正在以前所未有的尺度和精度重塑人类对自然的认知。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
IPBES启动生物多样性监测评估外部审查，为期9周
从基因到海洋，欧洲Biodiversa+发布最新生物多样性监测清单（2025版）
《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》监测框架是什么？

▲上图：2024年的一次海洋生物多样性监测中，在航拍镜头下，鲸鲨觅食区附近的海面热闹非凡，一群长吻真海豚正在进行群体交配。一只身形娇小的雌海豚游在上方，身下有一只雄海豚肚皮朝上、身体翻转着与之相伴，而这场交配并不是一对一的——总共有四只雄海豚，轮番参与到和这只雌海豚的交配活动里，这是这种海洋生物独特的繁衍习性的一个特点。©摄影：王敏幹（John MK Wong）| 海潮天下（Marine Biodiversity）

监测技术的新疆界

数据的海量涌现

该研究首先揭示了当前生物多样性数据产出的“爆炸式增长”态势。全球生物多样性信息网络（Global Biodiversity Information Facility, GBIF）作为核心平台，其管理记录的增长速率已超过每年4.2亿条。这一数据洪流，整合了博物馆与标本馆的数字化馆藏、环境DNA采集、以及诸如eBird观鸟平台、以及iNaturalist等公民科学平台的实时观测。截至2025年6月，eBird记录的观察数据已突破20亿条，参与人数超过了110万。这种社会化观测模式+自动化技术的结合，使得对物种分布、种群趋势以及栖息地变化的实时追踪成为了可能。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
英国“燕子地图”，让公民科学家共建生物多样性友好的城市
全球生物多样性信息平台（GBIF）举办数据使用实践讨论会 | 支持四类数据集
从深海里的 “数字眼睛” 到餐桌上的 “安心账单”，海洋大数据离你我并不远

▲上图：细心的朋友们可能会发现，3年之前，全球生物多样性信息平台（GBIF）是没有eDNA数据类型的。但是前两年开始，已经开始纳入并整合eDNA（环境DNA）数据，这是GBIF迈向未来、丰富其数据类型的非常重要的一步。其目标是，让eDNA数据生产者能够更轻松地将其数据集以标准化格式发布到GBIF，确保数据可发现、可访问、可互操作和可重用（FAIR原则）。目前，GBIF已经建立了eDNA数据发布的最佳实践指南，并创建了数据管理工具，帮助研究人员将其eDNA元数据和物种出现记录转换为GBIF支持的格式（如Darwin Core Archive）。上图是GBIF的一些数据和产品的宣传单。©Linda Wong 摄于GBIF亚洲区节点的一个会议后 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

在分子生物学领域，环境DNA（#eDNA）技术的成熟标志着生物监测进入了“遗传痕迹”时代。通过对水体、土壤甚至空气样本的检测，科学家能够识别出环境中存在的各种生物。这种技术不仅能用于监测当前的生态系统，甚至能揭示深埋于永冻土、或湖泊沉积物中的远古生命。文中引用了格陵兰岛两百万年前沉积物的研究实例，展示了eDNA在重现古代植被与大型哺乳动物（如乳齿象）景观方面的惊人潜力。

与此同时，诸如地球生物基因组计划（Earth BioGenome Project, EBP）等宏大工程，正致力于在2031年前生成15万个物种的高质量参考基因组，这将为理解遗传多样性、评估物种对气候变化的韧性打下基础。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
重磅！地球生物基因组计划（EBP）第二阶段：4年测序15万物种，覆盖50%属级单元
地球生物基因组计划（EBP）联合主席John Kress：遗传资源数字序列的COP15谈判观察和进展
全球生物多样性信息平台（GBIF）第32届理事会会议在哥伦比亚圆满落幕

(图文无关)▲上图：猛犸象（Mammuthus）的皮毛。这是它们适应寒冷环境的重要特征之一，尤其在冰期的严寒气候中发挥了关键作用。猛犸象的皮毛密集且厚重，通常由长而粗的外毛和一层短而浓密的绒毛组成，形成双层防寒的结构。外层毛发呈棕色或黄色，有助于抵御寒风和低温，而内层的绒毛则为其提供了额外的保暖效果。猛犸象的皮毛除保持体温，还能有效防止冰雪和湿气渗透。此外，猛犸象的耳朵较小，进一步减少了热量的散失。这些适应性特征帮助猛犸象在极寒的环境中生存，直到其在约4000年前的灭绝。©Linda Wong 摄于国家自然博物馆 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

在感知与识别技术方面，深度学习驱动的图像与声学识别系统正走向规模化应用。康奈尔大学开发的鸟网（BirdNET）系统到2025年已能识别超过三千种鸟类，其准确度足以复制人类观察者的季节性探测模式。而在海洋环境中，分布式声学传感器网络正被用于追踪鲸类、鱼类的行为，甚至能发现科学界尚未描述的新物种。卫星遥感技术则提供了宏观的视觉支撑，欧洲航天局（ESA）的Sentinel-2卫星以10米的分辨率、每5天的更新频率，实时记录着全球森林砍伐、土地利用变化以及红树林等沿海系统的动态。

▲上图：珠海淇澳岛红树林湿地保护区的招潮蟹。该保护区位于伶仃洋畔，有大片茂密的红树林。这片湿地生态系统，为众多鸟类、鱼类和其他海洋生物提供了栖息和繁衍的场所，也发挥着防风固浪、净化水质等重要的生态功能。©张效唯 摄影

九大根本性改变

尽管技术手段日新月异，但研究团队清醒地指出，单纯的技术堆砌，恐并不能自动转化为有效的保护成果。为了应对全球生物多样性危机，必须在监测体系上实现九项根本性转变。

第一，必须充分利用新技术整合多元数据源的能力。传统的生物多样性信息往往是孤立的，如单一的视觉观察或声学记录。未来的监测应致力于构建全景式模型，将卫星遥感的宏观视角与地面传感器、环境DNA及原住民知识（Indigenous Knowledge）的微观视角深度耦合。研究特别提到了生成式人工智能在处理这些互不相干的数据源、揭示隐藏模式方面的巨大潜力，但也强调这种洞察力必须建立在严谨的“真值”（Ground truth）验证之上。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
美国正式启动“创世使命”！17个国家实验室将彻底AI化，AI智能体接管实验
《美国国家水环境DNA战略》正式发布， 10大联邦机构携手共促生物多样性监测
2026年全球生物多样性保护的15个新风向

▲上图：澳大利亚知名的生态学家和爬行动物学家阿瑟·乔治（Arthur Georges）在2025年3月22日于武汉举办的第二十届国际基因组学大会（ICG-20）上，他发表了题为《未来一瞥：组学技术解析环境变化下的快速进化》的学术报告，探讨组学技术如何助力理解生物在环境压力下的快速适应机制。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

第二，确立全球统一的监测标准与协议已迫在眉睫。目前，不同国家、机构及科研团队在数据采集方法上的不一致，严重阻碍了全球尺度的横向对比与长期趋势评估。研究建议由国际组织牵头，开发一套分层的、模块化的监测框架，涵盖从数据获取、指标计算到最终报告的全流程。这不仅包括遵循数据的公平性原则（FAIR，即易发现、可获取、互操作、可重用），还需遵循针对原住民知识的关怀性原则（CARE，即集体利益、权威控制、责任、伦理）。

第三，新旧技术的协同标定是确保历史连续性的关键。当监测手段从传统的人工样带调查转向全自动的传感器识别时，观测数据的跳跃可能导致误判生态趋势。作者团队指出，必须在新旧方法更迭期间，于重叠区域进行长期的并行运行（Cross-calibration），通过数学标定将历史数据与现代高通量数据整合进统一的时间序列中。

第四，弥补全球地理与分类学的数据缺口，以确保公正治理。目前的数据积累存在显著的“魅力生物偏好”，鸟类占据了GBIF数据的绝对主体，而对于热带地区、深海生态系统、土壤微生物以及绝大多数无脊椎动物（Dark biodiversity，即黑暗生物多样性），人类的认知依然处于匮乏状态。这种数据偏见直接影响了保护政策的制定，导致许多高度濒危、但缺乏数据的物种被排除在决策视野之外。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
90%的虫子死活没人管？北美无脊椎动物保护有个“数据黑洞”
我们是否正在过度保护明星物种？警惕单一数量指标下的生态失衡
全球保护区“选址偏见”？脊椎动物多样性高的区域中，仅35%具备建立保护区的社会经济条件

第五，针对人工智能带来的信息安全挑战，建立受保护的“活数据库”。随着AI技术的普及，海量的虚假信息（AI幻觉）或伪造数据可能污染科学文献、污染监测数据库。现有的处理流程似乎难以有效应对这一难题。作为黄金标准的系统综述耗费巨大，然而许多综述已在不知不觉中引用了被撤回的文献，且在获知撤稿信息一年后，仍有89%的引用未得到更正。随着人工智能伪造材料数量的激增，这一问题将进一步恶化。该研究团队提议，应该建立一个机构联合的、动态更新的证据数据库网络，以确保研究结果的科学完整性，通过自动化筛选+专家审核相结合的方式，维护一个持续更新的、经实证检验的证据数据库，以防范虚假科研成果干扰生态评估。

第六，必须在科研文化中重新评估数据生产者的价值。长期以来，野外实地调查和数据采集被视为“低价值劳动”。研究呼吁，应当通过数字对象标识符（DOI）引用、联合署名权以及专项资金支持，给予一线监测者、公民科学家及原住民社区应有的学术与经济激励，避免出现“使用者获益、生产者无名”的掠夺式模型。

▼ 海潮天下·往期相关报道：
数据狂增20年，鸻鹬为何难逃衰退？这项全球协作解锁了滨鸟保护“新范式”
GBIF启动2025年度“生物多样性信息助力发展”项目全球征集

▲上图：eDNA技术为生物多样性保护和土地治理提供了一种强有力的非侵入式工具，尽管它并非万能，但其在追踪野生动物踪迹方面的潜力巨大。近日发表的了另外一项研究在加拿大魁北克的Abitibiwinni Aki（即Abitibiwinni原住民的祖先土地）进行，研究团队与Abitibiwinni第一民族的成员共同开发了eDNA采样协议，并对不同采样方法和底物进行比较，特别关注雪、尘土和水等不同采样介质对陆生物种的检测能力。实验的对象为三种具有文化和生态重要性的鹿科物种——驼鹿（Alces americanus）、白尾鹿（Odocoileus virginianus）和驯鹿（Rangifer tarandus）。图源：Paul Asman and Jill Lenoble

第七，尊重并深度融合原住民与地方知识（Indigenous and local knowledge）。原住民社区管理着全球大量的生物多样性热点地区，其世代相传的生态观察具有极高的科学价值。诸如北极地区的PISUNA计划（Piniakkanik Sumiiffinni Nalunaarsuineq）已经证明，在尊重原住民知情权、主权的前提下，将传统知识与科学监测结合，能产生远超单一手段的治理成效。

第八，确保监测数据能够直接量化保护行动的成效。监测的最终目的不应仅仅是记录物种的消亡，而应成为评估政策有效性的反馈环。未来的监测设计应从一开始就纳入对保护措施（如退耕还林、建立禁猎区）的绩效评估，为证据支撑的决策（Evidence-based decision-making）提供数据闭环。

第九，增强全球监测系统的系统韧性。面对地缘政治变动、资金波动以及技术迭代，全球性的生物多样性监测平台必须具备抵御社会与技术波动的能力，确保关键的长期监测数据不会因为短期因素而中断。

监测数据应当直接量化保护行动的成效。监测的最终目的不只是记录物种的消亡，而应成为评估政策有效性的反馈环。未来的监测设计应从一开始就纳入对保护措施的绩效评估，为基于证据的决策提供数据闭环。此外，面对地缘政治变动、资金波动以及技术迭代，亟需增强全球监测系统的系统韧性，全球性的生物多样性监测平台必须具备抵御社会与技术波动的能力，确保关键的长期监测数据不会中断。

该研究团队指出，实现生物多样性监测的彻底变革，需要一场广泛的跨界协作。这就不只是生态学家的分内事了，计算机科学家、硬件工程师、分子生物学家、社会学家、原住民领袖以及政策制定者都需要参与其中。当这种严谨、透明且具备复原力的信息系统真正建立，并能够实时反映全球生物多样性框架等国际公约的进展时，人类才真正拥有了扭转生物多样性丧失趋势的可靠工具。这一变革将为地球生态系统的修复与人类社会的可持续发展提供科学底座。

海

潮

生物多样性监测·趋势

【声明】1）本文仅代表资讯，供读者参考，不代表平台观点。2）本文已开启“快捷转载”，欢迎微信公众平台转发；3）欢迎专家、读者不吝指正、留言、赐稿！欢迎有理有据的不同意见。

资讯源 | PNAS

文 | 王海诗

编辑 | 海潮君

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年4月

#eDNA

【参考资料】

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：
W.J. Sutherland,N.D. Burgess,S.V. Edwards,J.P.G. Jones,P.S. Soltis,D. Tilman,J.M. Allen,H.T. Andrianandrasana,C.J. Armour,T. August,K.S. Bawa,S. Bailey,T. Birch,P.H. Boersch-Supan,J. Cavender-Bares,M. Blaxter,R. Chaplin-Kramer,B.H. Daru,A. De Palma,[...] & G.E. Robinson, Nine changes needed to deliver a radical transformation in biodiversity measurement, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (10) e2519345123, https://doi.org/10.1073/pnas.2519345123 (2026).
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2519345123

▼ 海潮天下·往期相关报道：
●2026年全球生物多样性保护的15个新风向
●谁在暗中阻止“恶魔海星”？eDNA揪出珊瑚礁碎屑层里的隐形杀手
●NatureMetrics用eDNA重塑生物多样性监测，已获2500万美元B轮融资
●eDNA溯源太难？新研究发布大型湖泊监测“新模板”
●离近点，鱼更多？新研究证实海上风电基础对底层鱼类的微观聚拢效应
●不看物候不采样，海洋eDNA监测的季节性规律与采样方案选择
●联合国教科文组织启动第二阶段海洋eDNA全球考察
●怎样精准评估水生无脊椎动物群落？eDNA技术助力水质监测，重塑生态毒理学研究
●抓不住深海的鱼？那就读懂它们留下的“天书”！自主式环境DNA采样技术
●《美国国家水环境DNA战略》正式发布 10大联邦机构携手共促生物多样性监测
环境DNA
●海洋“基因侦探”上线：Ascension赋能eDNA采样技术革新
●eDNA揭秘加拿大海域鲸类的“遗传足迹”
●告别撒网采样！eDNA让海洋生态监测快准狠
●环境DNA揭示地震勘探对热带鱼类群落的影响
●重磅！地球生物基因组计划（EBP）第二阶段：4年测序15万物种，覆盖50%属级单元
●深海采矿热点区域，科学家命名24个钩虾新物种！生物分类学重磅
●怎样给生物物种取个靠谱的名字”？当传统分类学遇上基因时代

「海潮天下」（Marine Biodiversity）聚焦全球生物多样性治理，以科学视角解读生态系统奥秘，分享全球前沿研究与自然保护实践，提供学术服务平台，助力中国科研人员参与全球环境治理。从神秘的深海生物到脆弱的珊瑚礁系统，从极地生态到可持续渔业和陆地生态系统，从环境法前沿到塑料污染谈判、以及即将生效的BBNJ……我们致力于打造最新、最快、客观中立、高质量的生物多样性传播与学术桥梁，争取不辜负读者的每一分钟。欢迎关注！