極地eDNA監測技術在船舶生物安全中的突破應用 | 海潮天下·前沿

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出品 | 海潮天下

南極和亞南極島嶼由于極端的地理位置，長期以來被視為全球少數尚未被外來海洋物種大規模入侵的凈土。但在全球氣候變暖、航運活動密度增加的雙重影響下，船舶船體附著的“生物污損”，正成為極地生態安全的主要隱患。傳統的生物安全監測高度依賴潛水員的手術式目視巡檢，不僅受制于能見度和水域環境，也極易遺漏微小或隱蔽的底棲生物。

針對這一瓶頸，澳大利亞南極計劃的科學家2026年2月在Science of The Total Environment期刊上發表了一個研究，證實了環境DNA（eDNA）技術在檢測船舶攜帶入侵物種方面的顯著優勢。

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▲上圖：澳大利亞南極計劃的科學家在船舶航行途中利用海綿采樣器捕獲環境DNA（eDNA），成功開發出一種比傳統人工潛水目視更敏銳的物種檢測手段，能夠精準識別附著在船體上的蠕蟲、軟體動物及甲殼類等微小生物，為評估生物清理效果及預防外來物種入侵脆弱的極地生態系統提供了關鍵的分子生物學數據支持。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

這項研究的實證過程始于2022年。

科研團隊在Aiviq號科考船從塔斯馬尼亞前往麥夸里島的航程中，利用一種極簡且低成本的采樣裝置進行了技術驗證。研究人員將洗面海綿置于帶有孔洞的塑料球內，使其在航行過程中吸附海水及其攜帶的遺傳物質。eDNA本質上是生物體排泄、脫落或由于死亡殘留在環境中的DNA片段。對這些片段進行分子條形碼分析，讓科學家可以在不捕捉活體樣本的情況下，識別出水體中存在的所有生物種類。

▲上圖：采樣地理位置分布：圖a為“Aiviq”號科考船在研究期間的整體航行軌跡；圖b詳細標注了霍巴特港的麥夸里2號和6號碼頭，即在霍巴特進行eDNA采樣的具體地點；圖c則顯示了“Aiviq”號在麥夸里島周邊的采樣位點，并對比標注了2018年“Aurora Australis”號在此采集樣本的區域。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

在霍巴特港進行的對比實驗，展示了eDNA的高靈敏度。在船舶進行船體清理的前后，潛水員通過肉眼觀察辨認出了24個物種，而同步進行的eDNA檢測則鎖定了41個物種。這些物種不僅包含常見的藻類和軟體動物，還涉及肉眼極難辨識的各種蠕蟲、海星、海綿、螃蟹和海鞘。

當船舶抵達數千公里外的麥夸里島時，eDNA檢測依然能夠精準地捕捉到27種與船體相關的物種，其中半數以上與此前在霍巴特港觀察到的生物特征吻合，證明了該技術在追蹤跨洋物種運輸方面的可靠性。

▲上圖：被動式eDNA采樣的布局設計：圖a標明了沿船體長度分布的各個采樣點位；圖b詳細演示了每個采樣點的深度配置，即在水面以下1米、4米和8米處分別部署三個海綿采樣器。論文出處：Perry, Frances, et al.(2026)

▲上圖：南極海面上的船只。?Joys 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

盡管eDNA技術在早期預警、監測覆蓋面方面具有無可比擬的效率，但該科研團隊也指出了該技術的局限性。目前的分子檢測無法直接區分DNA是來自存活的個體、還是已經死亡的殘骸。這意味著，當eDNA檢測結果呈陽性時，并不絕對代表入侵物種已經成功存活并具備繁衍風險。因此，在實際應用中，eDNA更多被定位為一種前哨預警系統。它能為生物安全官員提供數據支撐，從而精準觸發后續的潛水員實地調查或清理工作。

隨著2025年RSV Nuyina號在丹曼冰川等地的進一步采樣數據并入，eDNA監測庫正變得日益豐富，為建立海洋環境基準信息提供了高通量的手段。尤其是在氣候變化導致極地水溫上升、生存門檻降低的背景下，eDNA技術的應用將有效彌補傳統生物安全管理的盲區，為保護脆弱的深海及極地生態系統提供更為嚴密的科學屏障。

感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Perry F, Shaw J D, Cassey P, et al. Passive environmental DNA (eDNA) sampling is effective for monitoring vessel biofouling in the Southern Ocean[J]. Science of The Total Environment, 2026, 1013: 181230.

eDNA·新研究

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資訊源 | Perry, Frances, et al.

文 | 朱瀟瀟

指導老師 | Linda

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年4月

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