DNA分析开启美洲龙虾幼体的食物研究新篇章 — 显微镜观察×eDNA元条形码×目标PCR带来的新发现 —

1. 引言——龙虾与缅因湾的经济文化背景

美洲龙虾（Homarus americanus）是支撑美国东北部渔业经济的象征性存在，特别是在缅因州，每年捕捞规模达十亿美元。然而，正如捕捞统计所示，资源量在气候变化、饵料资源和疾病影响下长期波动。虽然幼虫期仅持续数周，但其生存率被认为是决定可捕捞量的瓶颈。phys.org

2. 幼虫龙虾研究的课题

幼虫体长约6毫米，胃的大小仅如针头，传统的显微镜观察无法识别胃内容物中占大部分的软体浮游生物和微生物。这使得“它们吃什么以生存”这一基本命题长期未解。phys.orgdx.plos.org

3. 研究的概要和目的

研究团队设计了一个同时捕捉“可见”和“不可见”事物的三位一体模型。

1. 通过显微镜观察确认硬组织

2. 利用eDNA元条形码对多种DNA片段进行全面分析

3. 通过目标PCR高灵敏度检测被认为是生态学关键种的Calanus finmarchicus的摄食
   ，旨在高分辨率地描绘幼虫期的食性。phys.orgdx.plos.org

4. 方法① 传统的显微镜观察

对112个体的胃内容物进行仔细解剖和观察，结果发现节肢动物的外骨骼片最多被确认，鱼卵和软体动物壳片也有少量包含。然而，由于消化过程中软组织容易溶解，分类学识别大多停留在门级别。dx.plos.org

5. 方法② eDNA元条形码

接下来，从幼虫胃的内容物中提取的DNA进行“通用引物”扩增和下一代测序分析。通过添加独立设计的龙虾DNA阻断剂，降低宿主DNA的信号遮蔽，检测到大量传统上难以检测的软体和单细胞生物群，如海星、环节动物、硅藻和微小真菌。phys.orgdx.plos.org

6. 方法③ 通过目标PCR进行种特异性检测

Calanus finmarchicus 是北大西洋食物网的基础种，假设其对幼虫龙虾的成长至关重要。研究团队开发了类似于COVID-19检测的探针型实时PCR，在48个体中检测到10个体（20.8%）的同种DNA。这一比例超过了环境中的出现频率，暗示了选择性摄食的可能性。phys.orgdx.plos.org

7. 结果——多样的捕食对象和新发现

• 硬组织来源的节肢动物：显微镜和元条形码均占优势

• 软组织生物（环节动物、海蜇幼虫、鱼卵）：元条形码高频检测

• 单细胞真核生物（微藻、原生生物）：传统方法难以检测，但本研究首次确认
  
  
  通过这种多尺度分析，发现幼虫龙虾拥有比预期更为多样的食物来源。dx.plos.org

8. Calanus finmarchicus 的关键生物学角色

由于Calanus富含脂质且高热量，被认为是促进幼虫快速生长的“超级食物”。在缅因湾，海水温度上升导致其分布范围北移的趋势已被报告，渔业资源管理上，未来供应量变化的监测已迫在眉睫。phys.org

9. 海洋变暖与浮游生物相变化

气候模型显示，表层水温仅上升1 °C，浮游生物群落的季节变化可能提前，与幼虫龙虾孵化期的错配可能扩大。饵料不足会提高早期死亡率，最终导致捕捞量减少和价格上涨风险。

10. 对渔业和沿海社区的启示

缅因州的龙虾捕捞是当地经济的生命线，本研究支持了“幼虫期的饵料资源保障=成体资源的稳定化”这一因果循环。资源管理机构应通过引入浮游生物观测浮标和eDNA自动分析装置来加强实时监测。

11. 技术挑战与未来研究

• 提高eDNA元条形码的定量性

• 普及阻断引物并降低成本

• 开发多目标PCR的同时检测面板

• 通过时间序列采样将饵料资源变化与幼虫生存率联系起来进行长期监测

12. 应用于日本的水产研究

在日本近海，伊势虾和车虾等高附加值甲壳类的幼虫食性解明也较为滞后。本研究结合eDNA和显微镜的方法框架，可转用于奄美群岛和小笠原群岛的着底前幼虫调查，为国产虾的种苗放流和资源评估提供新的评价轴。

13. 总结

• 通过显微镜+eDNA+目标PCR的三位一体分析，首次定量揭示了幼虫龙虾的多样食性

• Calanus finmarchicus 很可能是幼虫的主要饵料

• 饵料资源的变化直接影响未来的龙虾渔业收益

• 本方法具有可应用于日本水产资源管理的普遍性
  
  

参考文章列表

• Phys.org「New methods complement old in revealing diet of larval lobsters」（2025年6月26日）
  
  

• Ascher, A. et al. “Contemporary eDNA methods complement conventional microscopy in zooplankton diet studies: Case study with American lobster postlarvae.” PLOS ONE 20(6): e0325889 (2025)
  
  

• University of Maine Press Release “UMaine-led study sheds light on larval lobster diets” (2025)
  
  

• Wahle, R. A., & Fields, D. M. “Plankton dynamics and lobster recruitment in a warming Gulf of Maine” Journal of Crustacean Research 45(2): 101–118 (2024)
  
  

• 新方法补充旧方法，揭示幼虫龙虾的食性