深海生態調查x長期生態監測　國研院首創「深海高流量eDNA採樣模組」

▲國研院海洋中心自主開發「深海高流量eDNA採樣模組」，可於深海現地自動採集深海生物殘留於海中的DNA碎片，進而透過基因定序分析辨識出棲息或活動於該處海域的生物類群。(圖／國研院提供)

【勁報記者羅蔚舟/竹科報導】
「凡走過必留下痕跡」，這句話不只適用於日常生活，在海洋生態研究中，也成為探索海洋生物的重要科學線索。國科會轄下國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心（國研院海洋中心）自主開發「深海高流量eDNA採樣模組」，可於深海現地自動採集深海生物殘留於海中的DNA碎片，進而透過基因定序分析辨識出棲息或活動於該處海域的生物類群。海洋中心於臺灣西南海域實測，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臺灣週遭海域深海生態調查與長期生態監測。

▲多孔徑過濾座。(圖／國研院提供)

▉傳統eDNA技術聚焦特定生物類群
深海環境具有高壓、低溫、生物密度低等特性，傳統深海生態調查常採底拖網等方式進行，但可能對脆弱的深海棲地及底棲生物造成不可逆的影響。因此，如何兼顧科學研究與海洋環境保護，發展低干擾、高效率的深海生態調查技術，已成為國際海洋研究的重要課題。

「環境去氧核醣核酸（Environmental DNA，簡稱eDNA）」技術，是透過收集環境中生物遺留的微量細胞、組織或排泄物，再利用分子生物學技術分析其中的遺傳物質，藉以推測環境中可能存在或活動的生物。這是一種完全非侵入式的生態監測方法，不必直接捕捉或干擾生物本身，因此近年成為全球生物多樣性調查的重要工具。

傳統eDNA技術主要以「採水過濾」方式進行，研究人員取得少量的水體（約1-2公升）並過濾後，透過聚合酶連鎖反應（PCR）放大特定基因訊號，再結合次世代基因定序技術（NGS），將定序完成的基因與資料庫比對，就能產出一份物種名單。然而，這個標準流程受限於每一次的分析只能針對單一類群的生物（例如僅限魚類或僅限甲殼類）進行研究，難以一窺整體生態的樣貌；此外，在放大基因訊號的過程中，亦可能因不同物種基因片段的差異而產生結果的偏差。

▲阿卡珊瑚。(圖／國研院提供)

▉深海高流量eDNA採樣模組 開啟無侵擾深海生態探勘新途徑
有鑑於此，國研院海洋中心自2023年起開始研發以eDNA技術為核心的深海生物調查技術，歷經實驗室測試與海域驗證，成功研發出「深海高流量eDNA採樣模組」，期望在保護環境的前提下實現無侵擾的深海生態探勘，建立我國深海生態調查自主核心技術，並為深海生物多樣性研究開創新的技術路徑。

「深海高流量eDNA採樣模組」完全由國研院海洋中心自主研發，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，每小時可過濾逾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。設備布放於深海定點後，即可依預先設定時間自動採樣，第二天再取回，對底棲生態幾乎達到「零干擾」。

在後續分析方面，研究團隊導入「第三代基因定序」技術，直接對足量的深海eDNA進行定序，減少傳統PCR擴增可能造成的偏差，不僅提升資料真實性，更可同步解析不同生物類群，大幅提升深海生物多樣性調查的廣度，突破過去只能針對單一物種類群分析的限制。

▲黑緣刺鯊。(圖／國研院提供)

▉一瓶深海DNA 看見臺灣西南海域豐富生物多樣性
研究團隊於臺灣西南海域進行實地測試，將採樣模組成功布放至深海海床，設備於海底自動過濾一小時，並於隔日順利回收，經後續基因定序分析，共獲得超過2,200萬條環境DNA序列，經資料庫比對後，辨識出365種深海生物DNA，包括魚類、軟體動物（如頭足類與二枚貝）、甲殼類（蝦蟹類）、深海珊瑚，以及棘皮動物（如海星、海膽）等多樣的生物類群，充分展現設備於深海環境中優異的採樣效能，也呈現臺灣西南海域豐富的深海生物多樣性。

「深海高流量eDNA採樣模組」的成功研發，不僅建立臺灣自主的深海生物調查技術，也有助於降低傳統採樣方式對海床生態的干擾，未來可廣泛應用於特定海域深海生物多樣性調查、海洋保育、深海資源管理及長期生態監測，為臺灣深海科學研究建立新的技術基礎，並提升我國在深海探測領域的自主研發能量，在國際上搶占一席之地。