不用红外相机，靠蚂蟥也能做生物多样性调查？淡水水蛭iDNA监测

海潮天下·导读

过去用无脊椎动物衍生DNA（iDNA）监测脊椎动物的研究，多聚焦于印太地区，且主要利用山蛭科（Haemadipsidae）的陆生吸血蚂蟥，而水生吸血、捕食性以及寄生于无脊椎动物的蚂蟥则基本被忽略。针对这一研究空白，由哥本哈根大学克里斯蒂娜·林高（Christina Lynggaard）和墨西哥国家自治大学亚历杭德罗·奥塞格拉-菲格罗亚（Alejandro Oceguera-Figueroa）等人组成的国际研究团队开展了一项多物种、大尺度的评估工作，他们的研究成果于2021年发表在《分子生态学资源》期刊上。该研究首次证明，利用水生蚂蟥胃容物中的残留DNA，能有效追踪水生及周边的脊椎动物，还能为监测无脊椎动物的多样性提供全新途径，成功将蚂蟥iDNA监测技术的应用范围拓展至北美地区。

本文约4300字，阅读约8分钟

文 | 王芊佳

出品 | 海潮天下

过去十多年里，蚂蟥在生物多样性调查领域完成了一次颇具戏剧性的“身份”转变。

最初，人们关注的是热带雨林里的陆生吸血蚂蟥。这些生活在林下落叶层中的小动物会吸食野生动物的血液，而血液中的DNA则被保存下来。科学家由此获得了一种寻找隐秘动物的新方法。许多珍稀哺乳动物的活动线索，正是通过分析蚂蟥体内残留的遗传物质被发现的。

不过，在这一研究方向不断发展的过程中，一个问题始终没有得到充分回答：难道，只有吸血蚂蟥才有价值吗？

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▲上图：一头奶牛的乳房上被水蛭叮咬后的伤口。画面中可以清晰看到水蛭吸血后留下的呈三角形或“Y”字形的切口痕迹。©Mohammad Golkar（CC BY-SA 4.0）

01

难道，只有吸血的蚂蟥才有研究价值？

从生物学角度看，这种假设其实并不合理。

现生蚂蟥约有700多种，真正以吸食脊椎动物血液为生的，只是其中一部分。更多种类的蚂蟥不靠这个，它们生活在湖泊、池塘、溪流和湿地里，有些捕食小型无脊椎动物，有些吸取猎物体液，来获取营养；还有一些兼具多种取食方式。它们同样会把食物吞入消化道，也同样地会把猎物的DNA带进体内。

（图文无关）▲上图：医用水蛭在现代临床医学，特别是断肢再植与成形外科手术中用于改善局部血液循环、缓解静脉淤血。上图是一条医用蛭（Hirudo medicinalis，通称医用蚂蟥）正在进行吸血。该个体正处于吸血过程中，消化道（特别是巨大的盲囊）因储藏血液而显著膨胀，身体后部呈现出饱满的圆柱状，皮肤表面由于拉伸而显得光滑。©GlebK（CC BY-SA 3.0）

如果这些DNA能够被检测出来，那么，蚂蟥的作用或许远不只是寻找哺乳动物了。

正是在这样的背景下，来自丹麦、加拿大和墨西哥的研究团队展开了一项颇具开拓性的研究。

研究人员在加拿大和墨西哥采集了116只蚂蟥，涉及6个科、8个属以及3种不同的取食类型。其中既包括传统意义上的吸血蚂蟥，也包括捕食性蚂蟥和吸食体液的蚂蟥。与以往多数研究聚焦于某一种蚂蟥不同，这次研究试图回答一个更基础的问题：不同生活方式的蚂蟥，究竟能够记录哪些生物信息呢？

随后，研究人员提取了这些蚂蟥消化道中的DNA，并利用高通量测序技术分析其中残留的遗传信息。

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▲上图：一种石蛭属水生蚂蟥。物种未知。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

02

吸血vs不吸血，这群蚂蟥带来了什么新消息？

结果远比预想丰富。

在吸血蚂蟥体内，研究人员发现了龟类、鱼类、鸟类、两栖动物、以及人类的DNA。粗足泥龟、墨西哥泥龟、夜鹭、青蛙和罗非鱼等动物，都出现在了测序结果中。不同蚂蟥似乎对应着不同的宿主群体，有的主要吸食鱼类，有的偏向龟类，有的则能够利用两栖动物资源。

（图文无关）上图是一种我国的稻田、沟渠、池塘和湖泊等淡水水域中常见的蚂蟥——疑似宽体金线蛭（Whitmania pigra）。它的主要食物是生活在水中的无脊椎动物，比如各种淡水螺类（包括福寿螺、田螺等）以及蚌类。它并不吸食人畜的血液，而是通过吸盘固定住螺类，用唾液中的流体物质溶解或直接捕食螺类的软组织。©虹羽 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

真正令人意外的发现，出现在那些从不吸血的蚂蟥身上。

长期以来，科学界普遍认为这类蚂蟥在生态监测中的价值有限。毕竟它们不大会主动去接触大型脊椎动物，也不会储存血液样本。但测序结果显示，它们体内保存着大量无脊椎动物的信息。

研究人员检测到了摇蚊、石蛾、蜉蝣、蚊虫、寡毛类环节动物、甲壳动物以及软体动物等多种生物。更有意思的是，一些蚂蟥甚至会捕食其他蚂蟥。同类相食并非研究者原本关注的内容，却被DNA分析意外记录了下来。

这种结果，改变了人们对蚂蟥监测能力的理解。

在传统观念里，蚂蟥只是动物DNA的搬运工。如今看来，它们更像是环境信息的收集器。不同种类的蚂蟥活动于不同生态位，接触不同生物群体，因此，它们记录下来的信息也各不相同。

一只吸血蚂蟥或许告诉我们附近有哪些脊椎动物活动；一只捕食性蚂蟥则可能反映底栖无脊椎动物群落的组成情况。

换句话说，科学家过去实际上只利用了蚂蟥监测潜力的一部分。

(图文无关) ▲上图：野外，一条水蛭（环节动物门环带纲）在捕食蛞蝓（软体动物门腹足纲）。©Manuel Krueger-Krusche

03

原来，墨西哥迪氏蛭不喝血，它们吃的是蚯蚓

这个论文中还有一个颇有意思的发现。

研究对象之一是一种名为墨西哥地蚂蟥的陆生种类——墨西哥迪氏蛭（Diestecostoma mexicana）。过去，研究人员一直不确定它究竟是不是吸血动物，因为它经常与蝾螈生活在同一环境中，有学者猜测，它可能以脊椎动物血液为食。

但这次，测序结果却给出了完全不同的答案。

在所有检测样本中，研究人员发现的都是蚯蚓等寡毛类动物的DNA，而没有任何脊椎动物遗传信息。这意味着，这种蚂蟥并非吸血者，而是一种专门捕食环节动物的掠食者。于是乎，一个持续数十年的推测，也因此获得了分子证据支持。

04

eDNA载体，远不止以前理解的范围

对于生物多样性监测而言，这项研究的意义或许不在于发现了某一种新的调查技术，而在于扩大了人们对“eDNA载体”的理解。

过去提到环境DNA，人们首先想到的是水样、土壤样品或者空气样品。后来，吸血蚂蟥被证明能够携带宿主信息。如今，这项研究进一步表明，许多并不吸血的蚂蟥，同样能够充当生态信息的采集者。

▲上图：2021年发表的一个研究中，研究人员利用墨西哥和加拿大采集的水蛭肠道内容物DNA宏条形码技术检测到的分类群。该图代表三种不同摄食方式的水蛭。白色字体显示水蛭的摄食习性和其属级鉴定结果，黑色字体显示检测到的饮食分类群。论文出处：©Lynggaard, C., Oceguera-Figueroa, A., Kvist, S., Gilbert, M. T. P., & Bohmann, K. (2022)

它们记录的不一定是大型哺乳动物，而可能是鱼类、两栖动物、昆虫、软体动物，甚至整个底栖无脊椎动物群落。

对于湖泊、河流和湿地这样的生态系统来说，这种能力尤其值得发掘。许多水生生物难以长期监测，传统调查往往需要频繁布网、采样和分类鉴定。相比之下，蚂蟥已经在环境中完成了自己的取食活动。研究人员所做的，只是读取了它们体内保存下来的信息。

过去，人们把蚂蟥看作吸血动物，数百年来用它作为疗法的一部分；后来逐渐的到了现代，它们成了生物学家们寻找珍稀兽类的线索来源；现在，越来越多新研究，揭示的是它未来的另一层身份——在自然界中，蚂蟥或许一直都在默默记录周围生物的存在，只是直到最近，人类才学会如何读取这些记录。

▲上图：19世纪初期英国约克郡妇女采集水蛭的劳动场景。这是一幅1814年由罗伯特·哈维尔（Robert Havell）根据乔治·沃克（George Walker）的原画所雕刻的彩色水彩铜版画，收录于《约克郡的服饰》（The Costume of Yorkshire）第35幅板画。在当时，医用水蛭被广泛应用于欧洲传统的放血疗法，市场需求量极大。由于缺乏专业的捕捞工具，这些被称为“水蛭采集者”（Leech finders）的妇女通常赤脚走进沼泽、池塘或低洼湿地，利用自己的皮肤和双腿吸引并引诱水蛭前来吸血，随后再将其成批捕捉并出售给医疗机构。图源：Robert Havell after George Walker（公域）

海潮君·写在最后

其实在iDNA领域，中国科学家的研究有不少了。中国科学院昆明动物研究所的科研人员在云南哀牢山国家级自然保护区的一个研究中，发动了160多位护林员，在677平方公里的保护区内采集了超过3万只蚂蟥。研究人员提取了这些蚂蟥胃部残留的哺乳动物、两栖类、鸟类和爬行动物的血液DNA（即iDNA），成功的鉴定出了86种脊椎动物的物种信息（有趣的是，里面包括检测到了人类DNA），估算了野生脊椎动物在保护区内的空间占域格局，并分析了海拔、保护区边缘效应及人类活动对其分布的影响。参见2022年的《自然-通讯》期刊的一个文，是当时（2022）全球利用iDNA进行的空间分辨率最高、规模最大的野生脊椎动物多样性调查之一。

上文研究区域。论文出处：©Ji, Yinqiu, et al.(2022)

▲上面的研究全文参见：Ji, Y., Baker, C.C.M., Popescu, V.D. et al. Measuring protected-area effectiveness using vertebrate distributions from leech iDNA. Nat Commun 13, 1555 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28778-8

中国在“陆生吸血蚂蟥iDNA监测森林脊椎动物”领域已经处于国际第一梯队。但在“水生吸血蚂蟥iDNA监测水生脊椎动物”领域，目前几乎没有形成独立研究方向，也没有出现类似哀牢山那样的标志性成果。笔者粗略观察，感觉在淡水系统中，国内研究重心几乎全部落在了水体eDNA、鱼类eDNA、河流生物监测、长江流域监测、国家公园水生态评估等方面。

不过有意思的是，海潮天下（Marine Biodiversity）小编看到2019年有一个研究，是湖北省曾有一个研究分析过养殖医蛭（水蛭）体内残留DNA，利用宿主DNA追踪其吸血来源。研究人员从620只养殖水蛭体内检测到了水牛、鸭子、鹅、猪、人类、啮齿动物等宿主DNA。那个研究本来是研究病原体传播风险。不过作者文章里面也提到，如果未来有人将其用于生物多样性监测，技术上并不存在根本障碍。

▲2019年发表在Plos One上这个有关湖北研究中采集的药用水蛭（Hirudinaria属）。论文出处：©Zhou, Shu-Han, et al.(2019)

参见：Zhou SH, Xiao X, Sun YN, Xu XH, Ding X, Zhang SY, Zhang M, Lv WL, Gao QH. Ehrlichia species in pond-farmed leeches (Hirudinaria sp.) in Hubei Province, China. PLoS One. 2019 Apr 8;14(4):e0215082. doi: 10.1371/journal.pone.0215082. PMID: 30958857; PMCID: PMC6453479.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6453479

当然了总的看，全球范围内，水生蚂蟥iDNA本身还是处于一种“概念验证”的阶段。

海潮天下（Marine Biodiversity）小编觉得，水生蚂蟥iDNA+长江珍稀鱼类监测，有可能是未来5年中国科学界可以关注的方向之一，感兴趣的研究团队可以关注一下。因为，水体eDNA始终面临一个根本限制就是，DNA来自环境，而不是直接来自目标个体。对大型河流来说，这非常现实，长江干流许多河段流速较快，DNA可以随水体输运较长距离，所以eDNA提供的是一种概率意义上的存在信号，而不是严格意义上的局部定位信息（而且许多珍稀鱼类在环境中的DNA浓度极低）。若是一种蚂蟥以鱼类血液为主要食物来源，那么它体内保存的DNA实际上来自一次真实的宿主接触事件。换句话说，这不是环境中的随机遗传碎片，它是一次明确的寄生、或吸血记录（亦即，这只蚂蟥曾经啃过这种鱼）。这是主动采样，不是被动采样。一只活动范围仅几十米或数百米的蚂蟥，其体内检测到的鱼类DNA，往往具有明确的地理归属意义，这种局部性可能比河流中的自由DNA更有价值一些。

本文参考资料
感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看2021年发表的该研究的全文：
Lynggaard, C., Oceguera-Figueroa, A., Kvist, S., Gilbert, M. T. P., & Bohmann, K. (2022). The potential of aquatic bloodfeeding and nonbloodfeeding leeches as a tool for iDNA characterisation. Molecular Ecology Resources, 22, 539–553. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13486
其他参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28778-8
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6453479

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资讯源 | 多源

文 | 王芊佳

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年6月

联系小编 | editor@oceanbiodiversity.cn

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