eDNA技術(shù)的研究特點

1、eDNA可作為時間生態(tài)數(shù)據(jù)的來源

生態(tài)群落在時間和空間上發(fā)生變化，在百年到千年規(guī)模的長期動態(tài)記錄很少。時間數(shù)據(jù)是單向的（環(huán)境變化必須在其影響可見之前發(fā)生），它們提供了一些識別與環(huán)境變化和生態(tài)動態(tài)相關(guān)的因果關(guān)系的最佳方法。越來越多的研究認為eDNA可能是一個主要的，但迄今未充分利用的時空生物多樣性數(shù)據(jù)的來源（下圖）。

通過提供關(guān)于當前（圖上）和過去（圖下）幾個世紀甚至幾千年之間生物多樣性模式的連續(xù)數(shù)據(jù)，eDNA可以告知關(guān)于（i）單一物種動態(tài)的假設(shè)檢驗，例如殖民化或滅絕；（ii）群落動態(tài)，例如群落構(gòu)成和豐度變化；（iii）人類對生態(tài)系統(tǒng)的壓力，例如工業(yè)或農(nóng)業(yè)的影響。

2、時間生物多樣性數(shù)據(jù)的來源比較

目前生態(tài)學(xué)家多使用以下時間生物多樣性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源，都存在一定的局限性。

（1）長期監(jiān)測

長期計劃的例子包括北大西洋（自1931年以來）的連續(xù)浮游生物記錄器調(diào)查和美國的圣誕鳥計數(shù)（自1900年以來）。這些數(shù)據(jù)是異質(zhì)的，在分類學(xué)上有很強的偏見。由于生物多樣性的許多候選驅(qū)動因素（如污染和棲息地變化）在十年時間尺度上是共線的，限制了我們識別生態(tài)變化原因的能力。

（2）歷史文件和”遺產(chǎn)“數(shù)據(jù)

收集幾個世紀以來的各種定量生物多樣性數(shù)據(jù)，提供了歷史生態(tài)群落的快照，可用于評估過去和現(xiàn)在之間的變化。但是，這些數(shù)據(jù)僅適用于有限數(shù)量的地點和時間，其價值受到歷史和當代數(shù)據(jù)可比性的不確定性的影響。

（3）古生態(tài)學(xué)

當代生態(tài)學(xué)和古生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，極大擴展了時間生態(tài)學(xué)的時間跨度。然而，古生態(tài)數(shù)據(jù)受到保存完好和可識別的有機遺骸（如花粉、骨骼和貝殼）的可用性的嚴重限制。

（4）環(huán)境DNA

eDNA可以為更廣泛的物種和更廣泛的地理環(huán)境提供長期生物多樣性的連續(xù)時間數(shù)據(jù)。eDNA數(shù)據(jù)填補了古生態(tài)學(xué)和古生物學(xué)、現(xiàn)代研究的薈萃分析和長期實驗之間的空白。它可用于測試需要長時間尺度和廣泛分類范圍的生態(tài)理論、假設(shè)和模型。這有助于更深入地了解作為關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)過程和服務(wù)基礎(chǔ)的生物多樣性動態(tài)。

（1）單個物種動力學(xué)

（2）群落動態(tài)

 eDNA采樣通常提供有關(guān)多個分類群的同步信息，因此對于群落動態(tài)問題特別有價值。eDNA研究為歷史環(huán)境變化提供了證據(jù)，推動了群落構(gòu)成的變化。研究捕食者-獵物、共生關(guān)系以及對其他生物相互作用等，例如eDNA有望通過時間表征食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化。

（3）人類對生態(tài)系統(tǒng)的壓力

研究已經(jīng)證明了DNA長期存在的潛力，以研究人類群落環(huán)境、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等等。例如來自加拿大湖泊的時間序列沉積物eDNA被用來檢驗關(guān)于藻類繁殖頻率增加的原因。

（4）生態(tài)學(xué)中的進化動力學(xué)

生態(tài)時間尺度可能會發(fā)生演化，導(dǎo)致選擇力、進化響應(yīng)和生態(tài)動力學(xué)之間的反饋循環(huán)。eDNA可以同時提供生態(tài)（發(fā)生、豐度、群落組成）和進化（遺傳）信息。

（5）生態(tài)學(xué)中的進化動力學(xué)

人類活動對地球影響的研究越來越多地強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)反饋。來自湖泊沉積物中eDNA的功能基因也被用于推斷生態(tài)系統(tǒng)功能的動態(tài)，例如參與氮和磷攝取系統(tǒng)的基因，抗生素和抗污染。