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出品 | 海潮天下

【海潮天下·導讀】2026年3月4日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）發(fā)表了一篇頗具影響力的綜述性論文，提出生物多樣性測量的九大變革方向。該文強調(diào)，當前的生物多樣性危機下，亟需從傳統(tǒng)的單一物種觀測轉(zhuǎn)向集成AI、聲學監(jiān)測、eDNA和遙感技術的“透明生態(tài)系統(tǒng)”監(jiān)測。論文核心觀點認為，必須在計算科學家、分子生物學家與土著社區(qū)之間建立“激進的跨界協(xié)作”，以構建一個能夠適應2030年后《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》（GBF）率信息系統(tǒng)。這反映了保護生物學從“現(xiàn)狀記錄”向“實時反饋與干預”的思潮轉(zhuǎn)變。

▲上圖：該文匯總了衡量全球生物多樣性現(xiàn)狀的一系列關鍵數(shù)據(jù)。作者團隊重點呈現(xiàn)了對這一本質(zhì)上具有多面性和異質(zhì)性的概念及現(xiàn)象進行全球量化評估后的核心成果。論文出處：Sutherland J W ,Burgess D N ,Edwards V S , et al.(2026)

重塑全球生物多樣性信息系統(tǒng)

劍橋大學動物學系的威廉·薩瑟蘭教授領銜，聯(lián)合內(nèi)爾·伯吉斯、斯科特·愛德華茲以及吉恩·羅賓遜等40余位涵蓋生態(tài)學、分子生物學、數(shù)據(jù)科學及政策研究的國際專家，共同完成了一項具有里程碑意義的研究。該項研究于2026年3月4日正式發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上，題為《實現(xiàn)生物多樣性測量根本性變革所需的九項改變》。這篇深度評述系統(tǒng)梳理了當代監(jiān)測技術的跨越式演進，針對全球生態(tài)治理中長期存在的數(shù)據(jù)碎片化、技術壁壘及倫理困境，提出了一套旨在重塑全球生物多樣性信息系統(tǒng)的行動路線圖。

在全球人類活動壓力持續(xù)增強的背景下，生物多樣性的急劇下降已不僅是生態(tài)議題，它成了威脅社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展的一個系統(tǒng)性的風險。

薩瑟蘭團隊在文中強調(diào)，精準且可靠的生物多樣性測量是所有保護行動、恢復工程及可持續(xù)管理政策的邏輯起點。當前，我們正處于一場由新興技術驅(qū)動的監(jiān)測革命之中，從公民科學的廣泛參與，到聲學監(jiān)測、環(huán)境DNA（eDNA）、基因組學、高分辨率遙感、以及人工智能（AI）的深度融合，這些技術正在以前所未有的尺度和精度重塑人類對自然的認知。

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▲上圖：2024年的一次海洋生物多樣性監(jiān)測中，在航拍鏡頭下，鯨鯊覓食區(qū)附近的海面熱鬧非凡，一群長吻真海豚正在進行群體交配。一只身形嬌小的雌海豚游在上方，身下有一只雄海豚肚皮朝上、身體翻轉(zhuǎn)著與之相伴，而這場交配并不是一對一的——總共有四只雄海豚，輪番參與到和這只雌海豚的交配活動里，這是這種海洋生物獨特的繁衍習性的一個特點。?攝影：王敏幹（John MK Wong）| 海潮天下（Marine Biodiversity）

監(jiān)測技術的新疆界

數(shù)據(jù)的海量涌現(xiàn)

該研究首先揭示了當前生物多樣性數(shù)據(jù)產(chǎn)出的“爆炸式增長”態(tài)勢。全球生物多樣性信息網(wǎng)絡（Global Biodiversity Information Facility, GBIF）作為核心平臺，其管理記錄的增長速率已超過每年4.2億條。這一數(shù)據(jù)洪流，整合了博物館與標本館的數(shù)字化館藏、環(huán)境DNA采集、以及諸如eBird觀鳥平臺、以及iNaturalist等公民科學平臺的實時觀測。截至2025年6月，eBird記錄的觀察數(shù)據(jù)已突破20億條，參與人數(shù)超過了110萬。這種社會化觀測模式+自動化技術的結合，使得對物種分布、種群趨勢以及棲息地變化的實時追蹤成為了可能。

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▲上圖：細心的朋友們可能會發(fā)現(xiàn)，3年之前，全球生物多樣性信息平臺（GBIF）是沒有eDNA數(shù)據(jù)類型的。但是前兩年開始，已經(jīng)開始納入并整合eDNA（環(huán)境DNA）數(shù)據(jù)，這是GBIF邁向未來、豐富其數(shù)據(jù)類型的非常重要的一步。其目標是，讓eDNA數(shù)據(jù)生產(chǎn)者能夠更輕松地將其數(shù)據(jù)集以標準化格式發(fā)布到GBIF，確保數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)、可訪問、可互操作和可重用（FAIR原則）。目前，GBIF已經(jīng)建立了eDNA數(shù)據(jù)發(fā)布的最佳實踐指南，并創(chuàng)建了數(shù)據(jù)管理工具，幫助研究人員將其eDNA元數(shù)據(jù)和物種出現(xiàn)記錄轉(zhuǎn)換為GBIF支持的格式（如Darwin Core Archive）。上圖是GBIF的一些數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的宣傳單。?Linda Wong 攝于GBIF亞洲區(qū)節(jié)點的一個會議后 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

在分子生物學領域，環(huán)境DNA（#eDNA）技術的成熟標志著生物監(jiān)測進入了“遺傳痕跡”時代。通過對水體、土壤甚至空氣樣本的檢測，科學家能夠識別出環(huán)境中存在的各種生物。這種技術不僅能用于監(jiān)測當前的生態(tài)系統(tǒng)，甚至能揭示深埋于永凍土、或湖泊沉積物中的遠古生命。文中引用了格陵蘭島兩百萬年前沉積物的研究實例，展示了eDNA在重現(xiàn)古代植被與大型哺乳動物（如乳齒象）景觀方面的驚人潛力。

與此同時，諸如地球生物基因組計劃（Earth BioGenome Project, EBP）等宏大工程，正致力于在2031年前生成15萬個物種的高質(zhì)量參考基因組，這將為理解遺傳多樣性、評估物種對氣候變化的韌性打下基礎。

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(圖文無關)▲上圖：猛犸象（Mammuthus）的皮毛。這是它們適應寒冷環(huán)境的重要特征之一，尤其在冰期的嚴寒氣候中發(fā)揮了關鍵作用。猛犸象的皮毛密集且厚重，通常由長而粗的外毛和一層短而濃密的絨毛組成，形成雙層防寒的結構。外層毛發(fā)呈棕色或黃色，有助于抵御寒風和低溫，而內(nèi)層的絨毛則為其提供了額外的保暖效果。猛犸象的皮毛除保持體溫，還能有效防止冰雪和濕氣滲透。此外，猛犸象的耳朵較小，進一步減少了熱量的散失。這些適應性特征幫助猛犸象在極寒的環(huán)境中生存，直到其在約4000年前的滅絕。?Linda Wong 攝于國家自然博物館 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

在感知與識別技術方面，深度學習驅(qū)動的圖像與聲學識別系統(tǒng)正走向規(guī)模化應用?？的螤柎髮W開發(fā)的鳥網(wǎng)（BirdNET）系統(tǒng)到2025年已能識別超過三千種鳥類，其準確度足以復制人類觀察者的季節(jié)性探測模式。而在海洋環(huán)境中，分布式聲學傳感器網(wǎng)絡正被用于追蹤鯨類、魚類的行為，甚至能發(fā)現(xiàn)科學界尚未描述的新物種。衛(wèi)星遙感技術則提供了宏觀的視覺支撐，歐洲航天局（ESA）的Sentinel-2衛(wèi)星以10米的分辨率、每5天的更新頻率，實時記錄著全球森林砍伐、土地利用變化以及紅樹林等沿海系統(tǒng)的動態(tài)。

▲上圖：珠海淇澳島紅樹林濕地保護區(qū)的招潮蟹。該保護區(qū)位于伶仃洋畔，有大片茂密的紅樹林。這片濕地生態(tài)系統(tǒng)，為眾多鳥類、魚類和其他海洋生物提供了棲息和繁衍的場所，也發(fā)揮著防風固浪、凈化水質(zhì)等重要的生態(tài)功能。?張效唯 攝影

九大根本性改變

盡管技術手段日新月異，但研究團隊清醒地指出，單純的技術堆砌，恐并不能自動轉(zhuǎn)化為有效的保護成果。為了應對全球生物多樣性危機，必須在監(jiān)測體系上實現(xiàn)九項根本性轉(zhuǎn)變。

第一，必須充分利用新技術整合多元數(shù)據(jù)源的能力。傳統(tǒng)的生物多樣性信息往往是孤立的，如單一的視覺觀察或聲學記錄。未來的監(jiān)測應致力于構建全景式模型，將衛(wèi)星遙感的宏觀視角與地面?zhèn)鞲衅?、環(huán)境DNA及原住民知識（Indigenous Knowledge）的微觀視角深度耦合。研究特別提到了生成式人工智能在處理這些互不相干的數(shù)據(jù)源、揭示隱藏模式方面的巨大潛力，但也強調(diào)這種洞察力必須建立在嚴謹?shù)摹罢嬷怠保℅round truth）驗證之上。

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▲上圖：澳大利亞知名的生態(tài)學家和爬行動物學家阿瑟·喬治（Arthur Georges）在2025年3月22日于武漢舉辦的第二十屆國際基因組學大會（ICG-20）上，他發(fā)表了題為《未來一瞥：組學技術解析環(huán)境變化下的快速進化》的學術報告，探討組學技術如何助力理解生物在環(huán)境壓力下的快速適應機制。?Linda Wong 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

第二，確立全球統(tǒng)一的監(jiān)測標準與協(xié)議已迫在眉睫。目前，不同國家、機構及科研團隊在數(shù)據(jù)采集方法上的不一致，嚴重阻礙了全球尺度的橫向?qū)Ρ扰c長期趨勢評估。研究建議由國際組織牽頭，開發(fā)一套分層的、模塊化的監(jiān)測框架，涵蓋從數(shù)據(jù)獲取、指標計算到最終報告的全流程。這不僅包括遵循數(shù)據(jù)的公平性原則（FAIR，即易發(fā)現(xiàn)、可獲取、互操作、可重用），還需遵循針對原住民知識的關懷性原則（CARE，即集體利益、權威控制、責任、倫理）。

第三，新舊技術的協(xié)同標定是確保歷史連續(xù)性的關鍵。當監(jiān)測手段從傳統(tǒng)的人工樣帶調(diào)查轉(zhuǎn)向全自動的傳感器識別時，觀測數(shù)據(jù)的跳躍可能導致誤判生態(tài)趨勢。作者團隊指出，必須在新舊方法更迭期間，于重疊區(qū)域進行長期的并行運行（Cross-calibration），通過數(shù)學標定將歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)代高通量數(shù)據(jù)整合進統(tǒng)一的時間序列中。

第四，彌補全球地理與分類學的數(shù)據(jù)缺口，以確保公正治理。目前的數(shù)據(jù)積累存在顯著的“魅力生物偏好”，鳥類占據(jù)了GBIF數(shù)據(jù)的絕對主體，而對于熱帶地區(qū)、深海生態(tài)系統(tǒng)、土壤微生物以及絕大多數(shù)無脊椎動物（Dark biodiversity，即黑暗生物多樣性），人類的認知依然處于匱乏狀態(tài)。這種數(shù)據(jù)偏見直接影響了保護政策的制定，導致許多高度瀕危、但缺乏數(shù)據(jù)的物種被排除在決策視野之外。

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第五，針對人工智能帶來的信息安全挑戰(zhàn)，建立受保護的“活數(shù)據(jù)庫”。隨著AI技術的普及，海量的虛假信息（AI幻覺）或偽造數(shù)據(jù)可能污染科學文獻、污染監(jiān)測數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)有的處理流程似乎難以有效應對這一難題。作為黃金標準的系統(tǒng)綜述耗費巨大，然而許多綜述已在不知不覺中引用了被撤回的文獻，且在獲知撤稿信息一年后，仍有89%的引用未得到更正。隨著人工智能偽造材料數(shù)量的激增，這一問題將進一步惡化。該研究團隊提議，應該建立一個機構聯(lián)合的、動態(tài)更新的證據(jù)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡，以確保研究結果的科學完整性，通過自動化篩選+專家審核相結合的方式，維護一個持續(xù)更新的、經(jīng)實證檢驗的證據(jù)數(shù)據(jù)庫，以防范虛假科研成果干擾生態(tài)評估。

第六，必須在科研文化中重新評估數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的價值。長期以來，野外實地調(diào)查和數(shù)據(jù)采集被視為“低價值勞動”。研究呼吁，應當通過數(shù)字對象標識符（DOI）引用、聯(lián)合署名權以及專項資金支持，給予一線監(jiān)測者、公民科學家及原住民社區(qū)應有的學術與經(jīng)濟激勵，避免出現(xiàn)“使用者獲益、生產(chǎn)者無名”的掠奪式模型。

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▲上圖：eDNA技術為生物多樣性保護和土地治理提供了一種強有力的非侵入式工具，盡管它并非萬能，但其在追蹤野生動物蹤跡方面的潛力巨大。近日發(fā)表的了另外一項研究在加拿大魁北克的Abitibiwinni Aki（即Abitibiwinni原住民的祖先土地）進行，研究團隊與Abitibiwinni第一民族的成員共同開發(fā)了eDNA采樣協(xié)議，并對不同采樣方法和底物進行比較，特別關注雪、塵土和水等不同采樣介質(zhì)對陸生物種的檢測能力。實驗的對象為三種具有文化和生態(tài)重要性的鹿科物種——駝鹿（Alces americanus）、白尾鹿（Odocoileus virginianus）和馴鹿（Rangifer tarandus）。圖源：Paul Asman and Jill Lenoble

第七，尊重并深度融合原住民與地方知識（Indigenous and local knowledge）。原住民社區(qū)管理著全球大量的生物多樣性熱點地區(qū)，其世代相傳的生態(tài)觀察具有極高的科學價值。諸如北極地區(qū)的PISUNA計劃（Piniakkanik Sumiiffinni Nalunaarsuineq）已經(jīng)證明，在尊重原住民知情權、主權的前提下，將傳統(tǒng)知識與科學監(jiān)測結合，能產(chǎn)生遠超單一手段的治理成效。

第八，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠直接量化保護行動的成效。監(jiān)測的最終目的不應僅僅是記錄物種的消亡，而應成為評估政策有效性的反饋環(huán)。未來的監(jiān)測設計應從一開始就納入對保護措施（如退耕還林、建立禁獵區(qū)）的績效評估，為證據(jù)支撐的決策（Evidence-based decision-making）提供數(shù)據(jù)閉環(huán)。

第九，增強全球監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)韌性。面對地緣政治變動、資金波動以及技術迭代，全球性的生物多樣性監(jiān)測平臺必須具備抵御社會與技術波動的能力，確保關鍵的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)不會因為短期因素而中斷。

監(jiān)測數(shù)據(jù)應當直接量化保護行動的成效。監(jiān)測的最終目的不只是記錄物種的消亡，而應成為評估政策有效性的反饋環(huán)。未來的監(jiān)測設計應從一開始就納入對保護措施的績效評估，為基于證據(jù)的決策提供數(shù)據(jù)閉環(huán)。此外，面對地緣政治變動、資金波動以及技術迭代，亟需增強全球監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)韌性，全球性的生物多樣性監(jiān)測平臺必須具備抵御社會與技術波動的能力，確保關鍵的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)不會中斷。

該研究團隊指出，實現(xiàn)生物多樣性監(jiān)測的徹底變革，需要一場廣泛的跨界協(xié)作。這就不只是生態(tài)學家的分內(nèi)事了，計算機科學家、硬件工程師、分子生物學家、社會學家、原住民領袖以及政策制定者都需要參與其中。當這種嚴謹、透明且具備復原力的信息系統(tǒng)真正建立，并能夠?qū)崟r反映全球生物多樣性框架等國際公約的進展時，人類才真正擁有了扭轉(zhuǎn)生物多樣性喪失趨勢的可靠工具。這一變革將為地球生態(tài)系統(tǒng)的修復與人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供科學底座。

海

潮

生物多樣性監(jiān)測·趨勢

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資訊源 | PNAS

文 | 王海詩

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年4月

#eDNA

【參考資料】

感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
W.J. Sutherland,N.D. Burgess,S.V. Edwards,J.P.G. Jones,P.S. Soltis,D. Tilman,J.M. Allen,H.T. Andrianandrasana,C.J. Armour,T. August,K.S. Bawa,S. Bailey,T. Birch,P.H. Boersch-Supan,J. Cavender-Bares,M. Blaxter,R. Chaplin-Kramer,B.H. Daru,A. De Palma,[...] & G.E. Robinson, Nine changes needed to deliver a radical transformation in biodiversity measurement, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (10) e2519345123, https://doi.org/10.1073/pnas.2519345123 (2026).
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2519345123

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