陆生动物监测中的环境DNA介质选择——属性、局限与时空偏离

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出品 | 海潮天下

陆生生物多样性监测正处于一个极为“尴尬”的断层期。一方面是全球范围内的物种丧失速度不断加快，传统的调查手段，如红外相机、活体捕捉或是依靠专家现场辨识，在面对大尺度、高频次的监测需求时，有点成本过高、效率低下——对于那些行踪隐秘、种群密度极低的濒危物种，传统方法往往面临“搜寻无果”的困境；另一方面，虽然环境DNA（#eDNA）技术在水生生态系统中虽说已取得了成功、甚至成为了一项标准化的工具，但在陆地环境的应用中，却始终处于一种“碎片化”的状态。

海潮天下（Marine Biodiversity）小编注意到，由赵北伦（Beilun Zhao，音译）与托比亚斯·安德曼（Tobias Andermann）合作完成的一项技术综述，于2026年1月23日正式发表在学术期刊《分子生态资源》（Molecular Ecology Resources）上。

该研究对245项已有研究做了复盘，系统的梳理了采样介质对监测结果的影响。遗传物质从动物身上脱离后，在环境中的状态并不是一成不变的，它们处于产生、运输、降解的动态循环中。这意味着检出DNA并不等同于亲眼看见动物；所以，科研人员必须根据研究目标在不同采样介质间寻找平衡。

(图文无关)▲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。图源：Paul Asman and Jill Lenoble

研究方法

该研究团队遵循PRISMA规范，于2025年8月在Scopus数据库中进行了系统性检索。为了确保数据的纯粹性与应用价值，筛选过程极为严格：仅保留了涉及陆生动物非侵入性监测的研究，排除了古代DNA（ancient DNA）、实验室模拟、以及涉及脊椎动物损伤性采样的文献。在经过摘要初筛并结合7位领域专家的同行建议进行增补后，最终确定的245篇核心论文构成了本次评估的数据基础，涵盖了从2011~2025年间的关键科研成果。

这些入选的研究在地理分布上以美国和澳大利亚最为集中，研究场景则横跨了森林、草原、高山等自然生境以及城市、农田和动物园等人工生态系统。从数据广度来看，研究涉及的eDNA来源多达13种介质，监测对象从单一行踪隐秘的物种到哺乳纲、节肢动物门等宏类群不等。这种多维度、长跨度的数据结构反映了eDNA技术在不同生态功能区及分类学尺度上的普适性。

▲上图：利用eDNA监测陆生动物的出版趋势及介质应用概况。其中，图（a）记录了自2011年至2025年8月的年度发文量变化，蓝色曲线显示研究数量呈逐年上升趋势，橙色曲线则反映出所涉及的eDNA采样介质类型日益多样化。图（b）进一步细化了不同采样介质在各分类群监测中的应用频次。图（c）通过桑基图直观呈现了各类采样介质与监测对象之间的对应关联，揭示了当前科研领域在利用环境样本追踪陆生生物多样性时的技术偏好与分类学覆盖范围。论文出处：Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

三类介质、技术瓶颈

目前实地监测常用的介质，可以归纳为三类。

土壤、水和空气是最基础的非生物介质。土壤能像仓库一样吸附并长期保存DNA，但其中的复杂成分有时会干扰后续的实验分析；空气采集则是近年来的热点，它能捕捉到更即时的物种信息。生物介质利用了自然界的天然采样器，比如水蛭、蚊子叮咬后留下的血液，或者蜘蛛网拦截的微颗粒。直接证据介质则最为明确，主要包括动物排泄物、足迹或巢穴遗迹，这类样本的针对性强，但在大范围调查时，采样效率相对较低一些。

数据解读的准确性，往往受限于空间偏离、时间偏离这两个核心概念。

空间偏离描述了DNA来源地与最终采样点之间的地理位置差，这在流动的空气或水源中表现得尤为明显。时间偏离则解释了物种活动时间与采样时间的落差。由于不同介质对遗传物质的保护程度不同，某些样本可能记录的是数天甚至数月前的动物活动，而另一些介质中的信号则会因紫外线照射或高温迅速消失。如果忽视了这些动态属性，监测结论就很容易出现偏差。

▲上图：基于eDNA开展生物监测时面临的核心挑战。图表清晰地呈现了假阴性、假阳性以及DNA来源与检测点之间的偏离现象：左下方的“空间偏离”揭示了eDNA随环境扩散的特性，即在远离物种实际活动位置的地方检测到其遗传物质；右下方的“时间偏离”则反映了eDNA在环境中的持久性，导致采样点检出的信号可能来自早已离开或消失的生物。这些挑战共同构成了eDNA数据解析中必须考量的时空变量。论文出处：Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

在实际操作层面，假阴性、假阳性依然是无法回避的技术瓶颈。假阴性多是因为采样量不足或介质对反应产生了抑制；假阳性则可能来自二次运输，例如猛禽在远处排泄掉捕食到的猎物DNA。

（图文无关）摄影 ©海潮天下（Marine Biodiversity）

该研究表明，并没有一种介质能够胜任所有的监测场景。设计方案时，需要综合考虑目标物种的生物特性及其在特定介质中的降解规律，用多种介质的交叉验证，并结合具体的时空动态模型，才能在陆生生物多样性评估中得到更接近真实情况的科学依据。

本文参考资料

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：

Zhao, B., and T.Andermann. 2026. “Properties and Limitations of eDNA Substrates for Terrestrial Animal Monitoring.” Molecular Ecology Resources26, no. 2: e70096. https://doi.org/10.1111/1755-0998.70096.

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信息源 | Zhao, B., and T.Andermann. 2026.

文 | 朱潇潇

编辑 | 海潮君

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年4月

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