左起国研院营运推广室张龙耀主任、国研院蔡宏营院长、国研院海洋中心廖德裕主任、国研院海洋中心王丰寓助理研究员

「凡走过必留下痕迹」，这句话不只适用于日常生活，在海洋生态研究中，也成为探索海洋生物的重要科学线索。国科会辖下国家实验研究院台湾海洋科技研究中心（国研院海洋中心）自主开发「深海高流量 eDNA 采样模块」，可于深海现地自动采集深海生物残留于海中的 DNA 碎片，进而通过基因定序分析辨识出栖息或活动于该处海域的生物类群。海洋中心于台湾西南海域实测，成功辨识出 365 种深海生物，是全球首次结合深海现地高流量 eDNA 采样与第三代基因定序，一次解析多种深海生物类群，未来可进一步应用于台湾周遭海域深海生态调查与长期生态监测。

传统 eDNA 技术聚焦特定生物类群

深海环境具有高压、低温、生物密度低等特性，传统深海生态调查常采底拖网等方式进行，但可能对脆弱的深海栖地及底栖生物造成不可逆的影响。因此，如何兼顾科学研究与海洋环境保护，发展低干扰、高效率的深海生态调查技术，已成为国际海洋研究的重要课题。

「环境去氧核糖核酸（ Environmental DNA ，简称 eDNA ）」技术，是通过收集环境中生物遗留的微量细胞、组织或排泄物，再利用分子生物学技术分析其中的遗传物质，借以推测环境中可能存在或活动的生物。这是一种完全非侵入式的生态监测方法，不必直接捕捉或干扰生物本身，因此近年成为全球生物多样性调查的重要工具。

传统 eDNA 技术主要以「采水过滤」方式进行，研究人员取得少量的水体（约 1-2 公升）并过滤后，通过聚合酶连锁反应（ PCR ） 1 放大特定基因信号，再结合次世代基因定序技术（ NGS ），将定序完成的基因与数据库比对，就能产出一份物种名单。然而，这个标准流程受限于每一次的分析只能针对单一类群的生物（例如仅限鱼类或仅限甲壳类）进行研究，难以一窥整体生态的样貌；此外，在放大基因信号的过程中，亦可能因不同物种基因片段的差异而产生结果的偏差。

深海高流量 eDNA 采样模块 打开无侵扰深海生态探勘新途径

有鉴于此，国研院海洋中心自 2023 年起开始研发以 eDNA 技术为内核的深海生物调查技术，历经实验室测试与海域验证，成功研发出「深海高流量 eDNA 采样模块」，期望在保护环境的前提下实现无侵扰的深海生态探勘，创建我国深海生态调查自主内核技术，并为深海生物多样性研究开创新的技术路径。

「深海高流量 eDNA 采样模块」完全由国研院海洋中心自主研发，集成可耐受深海高压环境的深海马达、可精准定量且具低样本污染风险的蠕动帮浦，以及可依研究需求更换孔径的过滤模块，每小时可过滤逾 100 公升深海海水，大幅提高深海 eDNA 采集效率，获取足量 eDNA 供后续分析使用。设备布放于深海定点后，即可依预先设置时间自动采样，第二天再取回，对底栖生态几乎达到「零干扰」。

在后续分析方面，研究团队导入「第三代基因定序」技术 2 ，直接对足量的深海 eDNA 进行定序，减少传统 PCR 扩增可能造成的偏差，不仅提升数据真实性，更可同步解析不同生物类群，大幅提升深海生物多样性调查的广度，突破过去只能针对单一物种类群分析的限制。

一瓶深海 DNA 看见台湾西南海域丰富生物多样性

研究团队于台湾西南海域进行实地测试，将采样模块成功布放至深海海床，设备于海底自动过滤一小时，并于隔日顺利回收，经后续基因定序分析，共获得超过 2,200 万条环境 DNA 串行，经数据库比对后，辨识出 365 种深海生物 DNA ，包括鱼类、软件动物（如头足类与二枚贝）、甲壳类（虾蟹类）、深海珊瑚，以及棘皮动物（如海星、海胆）等多样的生物类群，充分展现设备于深海环境中优异的采样性能，也呈现台湾西南海域丰富的深海生物多样性。

「深海高流量 eDNA 采样模块」的成功研发，不仅创建台湾自主的深海生物调查技术，也有助于降低传统采样方式对海床生态的干扰，未来可广泛应用于特定海域深海生物多样性调查、海洋保育、深海资源管理及长期生态监测，为台湾深海科学研究创建新的技术基础，并提升我国在深海探测领域的自主研发能量，在国际上抢占一席之地。

1 聚合酶连锁反应（PCR）是利用DNA双股互补的原理，大量拷贝特定DNA片段。 2 第三代基因定序（Third-generation sequencing）技术相较于传统定序方法，能读取更长的DNA串行，且无需经过PCR扩增步骤，可直接对样本中的所有DNA进行定序，有效减少分析偏差，并大幅缩短从采样到获得结果的分析时程。

王丰寓助理研究员介绍深海高流量eDNA采样模块

深海马达

多孔径过滤座

深海高流量eDNA采样模块

深海高流量eDNA采样模块

深海高流量eDNA采样模块

相关文件: 国研院首创「深海高流量eDNA采样模块」记者会演示文稿