eDNA揭示涵洞工程對鮭魚的生態(tài)影響

在環(huán)境工程施工中，如何可以更好地保護(hù)野生動植物的棲息地，以減少涵洞工程等基礎(chǔ)設(shè)施項目對生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響？如何確保涵洞更換在施工對關(guān)鍵管理物種產(chǎn)生最小影響的情況下進(jìn)行？

近日，“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到一則來自華盛頓大學(xué)的最新的國際研究動態(tài)，所用的方法是使用線性混合效應(yīng)模型來揭示eDNA濃度隨時間的變化模式，從而估算對于水生遷徙物種的環(huán)境影響。海濕小編將其分享如下，供我國搞生態(tài)工程的機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、施工單位、環(huán)評單位和感興趣的專家讀者們參考。

上圖：該研究的共同作者艾琳·達(dá)格內(nèi)斯（Erin D’Agnese）和瑪雅·加伯-楊茲（Maya Garber-Yonts）（從左至右）在2021年4月在查克納特溪的一個涵洞上游進(jìn)行采樣。藍(lán)色背包中裝有一臺泵，通過黃色管道將溪流水吸入，以過濾材料進(jìn)行DNA分析。攝影：伊麗莎白·安德魯斯克維奇·艾倫/華盛頓大學(xué)。

環(huán)境DNA（eDNA）測序，也被戲稱為“大自然的基因密碼解讀”，為我們提供了一種強(qiáng)大而實用的工具，能夠在項目開展中對環(huán)境影響進(jìn)行深入分析。它允許我們從土壤、水源和大氣中采集并擴(kuò)增多種生物的遺傳信息，就像是在大自然中找到了秘密通道，以更好地了解我們的自然世界。這個方法越來越流行，因為它確實行之有效。

根據(jù)2023年10月19日華盛頓大學(xué)官網(wǎng)報道，美國華盛頓州政府為幫助瀕危的鮭魚種群，根據(jù)法律規(guī)定，必須替換數(shù)百個將小溪引導(dǎo)至道路下的涵洞。這一長達(dá)17年、總花費38億美元的規(guī)模龐大工程由該州交通部負(fù)責(zé)，旨在提供更平緩的坡度和更溫和的水流，以幫助鮭魚更容易上游到達(dá)產(chǎn)卵地。但是，這些工程在提升魚類通行方面的效果如何，一直是備受關(guān)注的問題。

為解答這一問題，華盛頓大學(xué)和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究團(tuán)隊展開了一項基于遺傳學(xué)的研究。他們著眼于斯巴林納市附近的兩個涵洞更換項目，這些項目在2021年至2022年期間進(jìn)行。事后的監(jiān)測顯示，其中一個項目，位于Interstate-5（I-5）下的涵洞，產(chǎn)生了顯著的影響，而另一涵洞對魚類通行的影響似乎較小，施工過程未對魚類種群產(chǎn)生干擾。

這項研究成果將在未來的《環(huán)境應(yīng)用》雜志上發(fā)表，它為科學(xué)界和環(huán)境管理者提供了有關(guān)如何使用環(huán)境DNA（eDNA）監(jiān)測魚類通行的新視角。環(huán)境DNA是指在環(huán)境中漂浮的DNA片段，如鱗片、糞便、毛發(fā)或其他物質(zhì)，它們可以幫助研究人員檢測附近的物種，而無需依賴傳統(tǒng)的視覺計數(shù)、攝像機(jī)或捕獲設(shè)備。

在這項研究中，研究人員沒有捕捉或計數(shù)一條魚，而是在涵洞施工前、施工期間和施工后的2021年3月~2022年12月期間，每個月在涵洞上游和下游的位置收集水樣。然后，他們將這些水樣帶回實驗室，對其中的DNA片段進(jìn)行測序，以確定存在的鮭魚物種的類型和數(shù)量。

此研究強(qiáng)調(diào)了eDNA技術(shù)在環(huán)境影響報告中的潛在應(yīng)用，為管理涵洞更換等環(huán)境干預(yù)提供了新的、非侵入性的監(jiān)測方法。不同于傳統(tǒng)方法，如捕魚和視覺觀察，環(huán)境DNA技術(shù)可更高效、可重復(fù)和可擴(kuò)展，為環(huán)境監(jiān)測提供了一種更為便捷的方式。

該研究重點關(guān)注了Padden Creek，這是一條長約3英里，從Padden Lake流入斯巴林納灣的小溪。兩個施工項目分別是I-5下的大規(guī)模涵洞升級工程以及位于州11號公路下的較小涵洞更換項目，即Old Fairhaven Parkway。研究結(jié)果顯示，對于紅喉鱒（cutthroat trout）、馬哈魚（coho salmon）、虹鱒（rainbow trout）和紅鮭魚（sockeye salmon）等四個關(guān)注的物種，大規(guī)模升級項目取得了明顯的改善。而對于較小的涵洞更換項目，鱒魚和鮭魚的DNA在施工前后保持相似水平，這表明老涵洞對這些魚類通行來說可能并不是一大障礙。

研究人員強(qiáng)調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了并非所有被標(biāo)記為魚類通行障礙的結(jié)構(gòu)都會對魚類產(chǎn)生顯著的影響。未來，DNA采樣可能成為涵洞更換項目優(yōu)先級排序過程的一部分，以更準(zhǔn)確地評估其對魚類通行的影響。

考慮到在美國華盛頓州進(jìn)行的數(shù)十億美元的法庭規(guī)定的道路涵洞更換工程，研究結(jié)果表明，涵洞更換可以在施工對關(guān)鍵管理物種產(chǎn)生最小影響的情況下進(jìn)行。此外，eDNA方法可以成為監(jiān)測數(shù)百個涵洞以確定哪些涵洞需要更換的有效和高效方法。

這些研究結(jié)果有望為繼續(xù)推進(jìn)整個西海岸和阿拉斯加地區(qū)的涵洞更換工作提供支持。通過使用環(huán)境DNA技術(shù)，研究人員能夠以更為高效的方式了解水域生態(tài)系統(tǒng)，這將有助于更好地保護(hù)魚類和它們的棲息地。

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編譯 | 王芊佳

審核 | 綠茵

排版 | 綠葉

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【參考鏈接】

1.【研究原文】參看：
Elizabeth Andruszkiewicz Allan, Ryan P. Kelly, Erin R. D'Agnese, Maya N. Garber‐Yonts, Megan R. Shaffer, Zachary J. Gold, Andrew O. Shelton. Quantifying impacts of an environmental intervention using environmental DNA. Ecological Applications, 2023; DOI: 10.1002/eap.2914

2. 華盛頓大學(xué)的報道：https://www.washington.edu/news/2023/10/18/dna-shows-where-washington-culvert-replacements-helped-spawning-salmon/