不驚動任何生物完成生態普查,海洋中心自主開發「深海高流量 eDNA 採樣模組」
一片脫落鱗片、一些排泄物,國研院海洋中心團隊成功開發「深海高流量 eDNA 採樣模組」,能於深海現地自動採集深海生物殘留海中的 DNA 碎片,再透過基因定序分析,回推這片海域到底住著哪些生物。
海洋中心已於台灣西南海域實測成功辨識出 365 種深海生物,是全球首次結合深海現地高流量 eDNA 採樣與第三代基因定序,一次解析多種深海生物類群,未來可進一步應用於台灣週遭海域深海生態調查與長期生態監測。
過去深海生態調查通常採取底拖網、底置籠具等方式進行,可能對脆弱深海棲地及底棲生物造成不可逆傷害,如何兼顧科學研究與海洋環境保護,發展一套低干擾、高效率深海生態調查技術,已成為國際海洋研究界近年競相攻克的難題。
其中一種完全非侵入式監測方法稱為「環境去氧核醣核酸(Environmental DNA,eDNA)」,完全不需捕捉或驚動任何一隻生物,只要單純採集環境殘留的微量細胞、組織或排泄物,再利用分子生物學技術「解碼」其中遺傳物質,就能推測這片水域存在哪些生物。
傳統 eDNA 技術主要以「採水過濾」方式進行,研究人員撈取少量水體(約1~2 公升)並過濾,透過聚合酶連鎖反應(PCR)放大特定基因訊號,再搭配次世代基因定序技術(NGS)比對資料庫,就能產出一份物種名單。
此法受限於每次分析只能針對單一類群生物(如僅限魚類或僅限甲殼類),難一窺整體生態的樣貌。
零接觸蹲點採樣
為改良 eDNA 技術,國研院海洋中心自 2023 年起開始研發深海生物調查技術,歷經實驗室測試與海域驗證,成功自主研發「深海高流量 eDNA 採樣模組」,整合可耐受深海高壓環境的深海馬達、可精準定量且具低樣本污染風險的蠕動幫浦,以及可依研究需求更換孔徑的過濾模組,每小時過濾逾 100 公升深海海水,大幅提高深海 eDNA 採集效率,獲取足量 eDNA 供後續分析使用。
後續分析方面,研究團隊導入第三代基因定序技術,直接對足量深海 eDNA 進行定序,不僅提升資料真實性,還可同步解析不同生物類群,大幅提升深海生物多樣性調查廣度,突破過去只能針對單一物種類群分析限制。
研究團隊於台灣西南海域實地測試,後續基因定序分析共獲得超過 2,200 萬條環境 DNA 序列,資料庫比對後辨識出 365 種深海生物 DNA,包括魚類、軟體動物(如頭足類、二枚貝)、甲殼類(蝦蟹類)、深海珊瑚、棘皮動物(海星、海膽)等多樣生物類群,充分展現設備於深海環境優異的採樣效能,也呈現台灣西南海域豐富深海生物多樣性。
新技術除建立台灣自主深海生物調查技術,也有助降低傳統採樣方式對海床生態的干擾,並提升台灣在深海探測領域自主研發能量。
(首圖來源:國研院提供)