如果你走进西班牙的欧罗巴山国家公园，看到那些山涧、溪流，你可能会留意到清澈见底的河水在石头间流淌，偶尔还能看到几条身影敏捷的小鱼，那是欧洲褐鳟（Salmo trutta），它们是这片水域的主角、“原住民”。

科学家一直在研究这些溪流里的褐鳟有多少、长得多大、种群数量有没有变化。这件事说起来简单，做起来却不容易。过去主要依靠一种叫“电捕”的传统方法来抓鱼、称重、计数，费时又费力。近年来，随着科技进步，科学家开始尝试用“eDNA”——也就是环境DNA——来替代这种方法。简单来说，就是在水里收集鱼类掉落的皮屑、粪便、鳞片等留下的DNA，然后通过实验室分析来判断水里有什么鱼、有多少鱼。

▲上图：欧洲褐鳟（Salmo trutta）。褐鳟（Salmo trutta）是一种分布广泛的淡水鱼类，属于鲑科。其体色多变，通常为棕色或黄褐色，并带有黑色或红色的斑点，这些斑点在不同栖息地的个体间存在差异。它们对水质要求较高，常栖息于水流清澈、含氧量高的河流、湖泊和溪流中。它们食性广泛，幼鱼主要以水生昆虫为食，成鱼则捕食鱼类、甲壳类和陆生昆虫等。摄影：Stefan Weigel（CC BY-SA 3.0）

这听起来就像福尔摩斯破案一样，找不到人，但能通过留在现场的痕迹锁定嫌疑人。在科学上，环境DNA也是这个思路。但到底靠不靠谱？跟传统方法比，能不能说清楚到底有多少鱼？

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，这项于2025年4月21日发表在《环境DNA》期刊上的西班牙团队的最项研究，就是为了搞清楚这个问题。研究人员在欧罗巴国家公园的13条溪流里，同时用电捕和eDNA的方法对褐鳟进行调查，比较两者的数据关系，看能不能用eDNA准确地推算出鱼的数量和体重。

研究发现，eDNA的浓度确实能和鱼的数量、体重之间建立起正相关的关系，而且这种关系在鱼的体重，也就是“生物量”方面更强。这说明，通过分析水里的DNA，不仅能知道有没有鱼，还能大致估算这些鱼加起来有多重。为什么会这样？其实也不难理解。因为生物量既考虑了鱼的数量，也考虑了它们的大小。而密度只管数量，不管鱼大不大。如果一条河里有10条小鱼和10条大鱼，密度是一样的，但生物量显然不同。DNA的浓度和体重关系更紧密，也就说得通了。

不过，这项研究还发现了一个很关键的点——不同的DNA引物，会对结果产生很大的影响。

那什么是“引物”呢？我们可以简单理解为“检测工具”，就像你要去找钥匙开门，什么钥匙配什么锁，这引物就是那把钥匙。科学家设计引物，是为了在成千上万的DNA片段里，找到自己想要的那一段。不同的引物，就像不同型号的钥匙，能打开的“锁”不一样。

▲上图：该研究的区域：西班牙北部欧洲山峰国家公园（Picos de Europa National Park）内及周边萨拉河（Sella）、卡雷斯河（Cares）和德瓦河（Deva）流域的采样点分布图。图源：Losa, A.M.,等(2025)

在这项研究中，科学家用到了三种不同的引物，分别是18S引物、COI引物，以及一种专门针对褐鳟的COI特异性引物。

先说说18S。这是一种核基因引物，目标区域是18S rRNA基因中的一个变异区域，叫V7。它的特点是变异不太大，也就是说，不同鱼种之间这个区域的差别不算太大，这就导致它在检测时更倾向于“看得到主角”，也就是水里占多数的鱼，比如这次的褐鳟。这种引物就像一张大网，虽然网眼不是最密的，但足够捕捉到最常见的那批鱼。

再来说说COI。这是线粒体DNA上的一段序列，也是目前最常用于物种识别的“身份证片段”。它的变异性很高，因此在分类上分得很细，能区分到“物种”这个级别，是细致入微的好工具。但问题也来了，因为它太敏感，容易捕捉到非目标的生物，比如水里的昆虫、无脊椎动物，甚至浮游生物。这样一来，真正要找的褐鳟就被一堆“杂音”给淹没了，反而不容易检测到目标。

第三种就是那种专门为褐鳟设计的特异性引物，还是用的COI基因，但只锁定Salmo trutta这一个物种。这种“定制钥匙”原本应该是最灵的，理论上来说检测效果最好。但在实际操作中，虽然确实提高了对褐鳟的识别能力，但效果依然不如18S那种“大网式”的引物。这一点，出乎科学家们的意料。

▲上图：图A、B、C分别概述了针对三组样本，利用 18S rDNA、细胞色素C氧化酶亚基I（Cytochrome c oxidase subunit I, COI）以及特异性COI标记物进行宏条形码测序的野外采样及提取工作流程。图源：Losa, A.M.,等(2025)

为什么会这样呢？这其实和引物的片段长度也有关系。

该研究发现，那些片段短的引物，比如18S的123个碱基对，以及COI特异性引物的61个碱基对，在溪流水环境中更容易保留下来。因为eDNA在水里很容易分解，片段越短，就越不容易断裂丢失，也更容易被检测出来。虽然短片段不能像长片段那样精确识别到种，但在只有一种主要鱼类的情况下，其实已经足够用了。

这个研究还关注了一个很有意思的问题：不同年龄段的鱼，掉的DNA多不多一样？答案是否定的。这次他们发现，褐鳟的小鱼，也就是“幼鱼”阶段，是eDNA浓度与生物量关系最密切的一组。为什么是小鱼？一方面是因为小鱼新陈代谢快，活动频繁，更容易脱落DNA；另一方面，电捕这种方法也更容易抓到小鱼。这样一来，实际检测出来的数据就更偏向这部分小个体。

而那些大鱼呢？不管是因为不容易抓，还是掉的DNA本来就少，反而没那么容易被检测出来。这种差异，也说明eDNA在估算鱼类资源时，不能一概而论，必须考虑到鱼的年龄、体型等因素。

▲上图：欧洲褐鳟（Salmo trutta）。摄影：Karelj（公域）

说到底，eDNA不是万能的，它也有局限。比如说，水流速度快不快、采样时是上游还是下游、环境中有没有其他动植物影响了结果，这些都会影响eDNA的准确度。而且，eDNA技术对实验操作的要求也比较高，从采样、保存、提取，到扩增和测序，每一步都不能马虎，否则很容易出错。

但这项研究给我们的启发是明确的——在类似这种鱼种单一、环境稳定的小型山溪中，eDNA是完全可以作为传统调查方法的补充、甚至替代手段的。尤其是像18S这样设计得当的引物，能够快速、高效地反映出主要鱼类的生物量和数量，对于生态监测和资源评估是一个非常有前景的工具。

如今，科学家可能只靠几瓶水，就已经知道了这片水域里藏着多少条鱼了，这就是科技的魅力。从长远来看，如果能把eDNA技术和传统调查数据结合起来，甚至和历史数据模型配合，不仅可以更好地掌握当前鱼类资源的状况，还能监测它们未来的变化，比如气候变化、水质污染等因素对鱼类群落的影响。这对水资源管理、生态保护来说，无疑是个值得深入发展的方向。

（注：本文仅代表资讯，不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）资讯源 | 环境DNA期刊
文 | 王芊佳

编辑 | Linda Wong

排版 | 绿叶

参考资料略

来源: 海洋与湿地