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预测河流的生物多样性

生物多样性在瑞士和全世界都受到严重威胁,许多生物正面临着大规模的衰退——尤其是淡水生态系统。所有生活在河流中的物种——包括鱼、细菌和许多不同的水生无脊椎动物,如蜉蝣、石蝇和尸蝇——对这些生态系统的运作都至关重要。但由于栖息地均质化、杀虫剂和营养物质的污染以及非本地物种的扩散,许多物种正受到威胁。为了了解和保护河流生态系统,评估其生物多样性至关重要。

结合环境DNA和水文模型

在一项新的研究中,苏黎世大学(UZH)和瑞士联邦水产科学与技术研究所(Eawag)进化生物学和环境研究系教授弗洛里安·奥特马特的研究小组开发了一种预测河流生态系统生物多样性模式的新方法。Altermatt说:“我们第一次将环境DNA的使用与水文模型结合起来,以便以非常精确的分辨率对数百平方公里流域的生物多样性状况进行预测。”

高精度的生物多样性预测

所有的生物体都在不断地将它们的DNA释放到环境中。通过收集水样,提取并测序所谓的环境DNA (eDNA),可以比鉴定生物本身更快、更少的侵入性和更全面地确定生物多样性。由于河流中的DNA可通过水流向下游输送许多公里,因此还可获得上游集水区内生物发生情况的信息。利用基于水文原理的数学模型,科学家们能够以一公里的河流剖面分辨率重建瑞士东北部Thur盆地的整个740平方公里的生物多样性模式。该研究的第一作者Luca Carraro说:“我们的模型与对水生昆虫在当地发生的直接观察相匹配,准确率达到了前所未有的57%到100%。”

识别未见的生物多样性热点

Thur流域是许多土地利用类型的代表,包括森林、农业和居民点。因此,它可以作为许多河流生态系统的一个可概括的例子。此外,新方法可用于大规模和高分辨率的生物多样性状态和变化评估,即使对河流生态系统有最低的先验知识。“具体地说,这种方法使可能被忽视的生物多样性热点得以识别,从而使有重点的保护策略得以实施,”Altermatt补充说。

研究成果在瑞士的迅速应用

目前,许多国家都在利用eDNA建立水生生物监测,可以从中获益。Florian Altermatt说,瑞士在这一领域处于领先地位:“从科学发现到应用的转变非常迅速。我们现在正在为联邦环境办公室制定关于如何在标准生物多样性监测中使用eDNA的指导方针。”这将使描述和监测瑞士河流和溪流的整个网络的生物多样性变得更加容易,这一网络总共约为65000公里。

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