获取博物馆馆藏标本的历史基因信息，今后或许不再需要切取标本组织了。近日，《分子生态资源》（Molecular Ecology Resources）发表的一项最新研究为这一难题提供了新的解决思路。在这项概念验证研究中，Gert-Jan Jeunen、Sadie Mills等研究人员成功探索出一种利用博物馆滤食动物标本保存液提取历史环境DNA（eDNA）的非破坏性技术。他们注意到海绵、苔藓虫等滤食动物在活着时会过滤海水，从而在体内积聚大量周边生物的遗传物质，当它们被制成标本后，这些外源DNA就会释放到浸泡它们的乙醇保存液中。
研究人员对苔藓虫和海绵标本的乙醇保存液做了过滤提取，并用元条形码技术检测其中的南极鱼类历史环境DNA，结果发现，仅用10毫升保存液过滤得到的物种数量、群落特征，就完全不亚于、甚至在特定情况下超过了传统的破坏性组织活检。这种非破坏性的采样方式在完美保护珍贵馆藏标本完整性的同时，为生态学界利用历史标本还原过去海洋生物多样性打开了一扇新的大门。
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文 | 王芊佳
出品 | 海潮天下
在全球许多自然历史博物馆的库房里，摆着大量浸泡在乙醇中的海洋生物标本。玻璃瓶外侧通常贴着年代已经泛黄的标签，上面记录着采集时间、海域坐标、水深和物种名称。过去几十年里，这些标本主要承担两种功能：分类学研究和长期保存。
真正被重视的，一直是瓶中的生物本体。
至于浸泡标本的乙醇，很多时候只是维护环节中的消耗品。酒精挥发了就补充，变浑浊了就更换。反正，很少有人会去认真分析这些液体本身。
海潮天下（Marine Biodiversity）小编注意到，2026年春季发表于《分子生态资源》的一个最新的研究，把研究对象转向了这些保存液。研究人员发现，长期浸泡标本的乙醇里，可能保留着数十年前海洋生态系统留下的遗传痕迹。而且关键的是，这些DNA信息竟然可以在不破坏馆藏标本的前提下被提取出来。
（图文无关）洞穴盲鱼——无眼平鳅（学名：Oreonectes anophthalmus Zheng）的标本，中国科学院水生生物研究所（水生所）的淡水鱼类博物馆馆藏。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
这项研究来自新西兰等机构的合作团队。论文标题很直接，就是从博物馆保存的滤食动物中，以非破坏性方式恢复历史环境DNA。
所谓“历史环境DNA”，本质上仍然是#eDNA。只是它不来自今天的海水，而是来自几十年前的海洋环境。
▲上图：罗斯海（Ross Sea）地图，标注了本研究中博物馆标本的采集点。图中的点按分类学鉴定结果区分了形状和颜色：苔藓虫（绿色圆点）、六放海绵（淡紫色方块）以及寻常海绵（米色三角形）。论文出处：Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. (2026)
该研究团队选择的对象并不常见，他们用了1种苔藓虫、1种六放海绵、1种普通海绵。它们都采自南极罗斯海，采集时间是2008年，之后一直保存在乙醇中。
这类生物有个共同特点——滤食。
（右边这个是苔藓虫，感觉一下）▲上图：内肛动物（左）与外肛动物（即苔藓虫，右）的活体对比。©摄影：左图Jeff Goddard，右图Christian Schwarz（CC BY-NC 4.0）
海绵每天都会持续泵水过滤。苔藓虫则靠触手冠从海水中获取悬浮颗粒。过滤过程中，周围环境中的细胞碎片、微生物、鱼类排泄物以及游离DNA，都会进入它们体内。
过去10多年，环境DNA研究已经证明，海水中广泛存在生物释放的遗传物质。鱼游过之后，水里会留下皮肤细胞、黏液、代谢产物。研究人员只要过滤海水，就能分析当时附近曾经出现过哪些物种。
但，海水中的DNA衰减速度很快。在海洋环境中，核酸会被紫外线、微生物和化学过程迅速降解，通常只能反映近期的生态状态。这也是eDNA研究长期以来的一个限制：它擅长做“现在时”的监测，却很难回到过去。
不过，转机来了。科学家们发现，滤食动物提供了另一种可能。
它们相当于天然的生物过滤器，会把周围海域中的遗传物质不断积累到体内。如果这些动物后来被做成标本，那么当年的DNA信息就可能随着组织长期保存下来。
此前已经有研究发现，海绵组织内部能够检测到历史eDNA。但传统方法仍然需要切取组织样本。
问题随之出现。
很多博物馆标本极其珍贵、甚至是绝无仅有。有些是模式标本，有些来自如今已经难以重复采样的区域，还有一些本身数量极少。即便只切掉很小一部分，也属于不可逆损伤。很多馆藏机构对破坏性取样一直保持谨慎。
因此，这次研究真正想解决的问题，其实是——能不能完全不碰标本本体呢？
▲上图： 苔藓虫是一类非常古老且奇特的无脊椎动物，虽然名字里带有一个“虫”字，外表看起来也常常像长在岩石上的苔藓、精致的珊瑚或者小草，但它们实际上属于毛颚动物或更接近腕足动物的苔藓动物门。这些动物几乎全部生活在水里，是典型的滤食者，其中绝大多数生存在海洋中，少数分布在淡水湖泊或溪流里。我们在海边或者博物馆里看到的苔藓虫，其实很少是孤立的个体，它们几乎都是成百上千个微小的“虫体”聚集在一起，通过分泌碳酸钙或胶质骨骼建立起来的庞大群体。上图中，一些Bryozoa（苔藓虫）长这样，感觉一下。图片来源：恩斯特·海克尔1904年出版的《自然界的艺术形态》
他们这个实验设计并不复杂，但做得很细。
研究团队先把装有标本的玻璃瓶轻轻倒转两次，让保存液里的颗粒均匀分布。随后，他们从每个样本中取出140毫升乙醇，同时保留部分组织样本作为对照。
为了降低污染风险，所有操作都在无PCR污染的eDNA实验室中完成。实验台和设备都经过漂白液消毒，实验中还设置了阴性对照。
接下来，研究人员尝试了5种不同的非破坏性提取方法，包括离心、蒸发、沉淀，以及1毫升过滤、10毫升过滤。
这里最关键的变量，其实是过滤体积。环境DNA研究里有一个很基础的规律：过滤体积越大，检出的物种通常越多。因为DNA在环境中的浓度往往很低。
结果也确实如此。
▲上图：针对苔藓虫、六放海绵和寻常海绵三类标本的α-多样性分析结果。其中，(a-c) 通过系统发育树和气泡图，用圆圈的大小和颜色分别代表了物种的检出数量与对数转换后的序列读数；(d-f) 的柱状图展示了不同eDNA提取处理下各标本检测到的ASV（扩增子序列变异）总数，并用字母标注了具体数值；(g-i) 的箱线图则呈现了各组的Faith系统发育多样性（Faith's PD）测量值，并在图顶附有一元方差分析（ANOVA）结果，同时通过字母标明了事后Tukey检验发现的显著差异。论文出处：Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. (2026)
在所有非破坏性方法里，“10毫升乙醇过滤”表现最稳定。研究人员随后用16S rRNA元条形码技术，对样本中的南极鱼类DNA进行了分析。
整个实验一共获得近1978万条测序序列，识别出43个分类单元，其中包括3种软骨鱼、40种辐鳍鱼。
出现频率最高的是南极银鱼（Pleuragramma antarctica），在全部样本中出现了100次。读数最高的则是南极冰鱼（Chaenodraco wilsoni），累计超过447万条序列。
（图文无关）▲上图：上海海洋大学博物馆的一条南极冰鱼标本。大家可以直观的看看它长啥样子，以及跟南极磷虾的大小对比。请注意：这个图片与该论文无关。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
有趣的是，10毫升过滤法得到的结果，与传统组织活检竟然非常接近。
在苔藓虫样本中，10毫升过滤法检测到16种鱼类，而组织切片只检测到4种；在普通海绵样本中，过滤法检测到25种，组织法检测到22种和23种；只有在六放海绵中，组织取样略占优势。
如果看整体物种覆盖率，10毫升过滤法恢复了67.9%的组织检测ASV，同时还额外检出17个组织法未发现的ASV。
▲上图标注了主要和次级PCoA坐标轴所解释的变异百分比。图中的点按DNA提取处理方式进行上色，并按标本进行形状区分。PERMANOVA（置换多元方差分析）的结果中报告了伪F统计量（pseudo-F statistic）、p值和R²值。(d) 展示所有样本主要PCoA轴的分层图（或称地层图）。其中，x轴代表沿主要PCoA轴（y轴）分布的样本点百分比，分面（facets）代表不同的DNA提取处理方式。右侧的累积图汇总了所有分面的数据。论文出处：Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. (2026)
研究人员后来分析原因，认为保存液本身可能比组织更均匀。
海绵或苔藓虫体内的DNA分布并不平均。同一个个体不同位置，检测结果可能差别很大。所以，组织法往往需要大量重复取样。
但乙醇中的DNA经过长期浸泡和扩散，相当于形成了一个较均一的混合体系。这会降低随机误差，提高了检测稳定性。
这个论文里头提到，采用保存液方法后，恢复90%鱼类多样性所需的重复实验量，理论上可以减少42.7%到62.9%。
对于有着数万件标本的博物馆来说，这意味着成本差异非常明显。
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（图文无关）▲上图：上海海洋大学博物馆的一些海洋鱼类标本，包括了不少南极海洋生物的标本。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
这项研究之所以受到关注，并不只是因为它“避免破坏标本”。更大的意义，主要是还是提供了一种重新读取历史海洋生态的方法。
海洋生态学长期有个问题，就是历史基线缺失。
很多海域在20世纪中期以前，几乎没有系统调查数据。等科学家真正开始长期监测时，生态系统往往已经发生变化。于是，“原本的海洋”是什么样子，搞不清楚。
▲上图：展示破坏性与非破坏性DNA提取处理之间ASV（扩增子序列变异）重叠情况的韦恩图。这些韦恩图按标本编号分组排列，从左到右依次为苔藓虫、玻璃海绵（即六放海绵）和寻常海绵。同时，图表还按非破坏性处理方法进行了分组和配色，包括：离心法（第一行，红色）、蒸发法（第二行，黄色）、10mL过滤法（第三行，深蓝色）、1mL过滤法（第四行，浅蓝色）以及沉淀法（第五行，紫色）。图中，破坏性处理用深灰色表示，不同处理方法之间的重叠部分则用浅灰色表示。此外，韦恩图的大小与ASV的数量成正比。论文出处：Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. (2026)
南极就是典型案例。
外界通常把南极视为偏远而稳定的区域，但过去100多年里，那里已经经历了捕鲸、渔业开发和气候变化等多重影响。问题在于，很多变化缺少长期连续记录。
传统上，研究历史生态主要依赖沉积物岩芯、化石或者旧调查资料。这些方法往往成本高，而且空间覆盖有限。
博物馆标本则不一样。它们天然带有时间、地点信息。哪一年采集、在哪个纬度、多少米深，通常都记录得很清楚。如果这些标本还能保存当时周围环境中的DNA，那么它们实际上就变成了一种“时间样本”。
这也是论文里反复提到的一个概念：分子时间胶囊（molecular time capsules）。
在这个研究中，不同标本反映出的鱼类组成，与它们采集地点的生态环境确实存在对应关系。
比如说，采自850米深海区的普通海绵，检测到较多深海鱼类，包括深海鲑属（Bathylagus）、钻光鱼属（Cyclothone）、裸灯鱼属（Gymnoscopelus）等深海类群。
而采自321米、479米大陆架区域的苔藓虫和六放海绵，则更多检出南极冰鱼科成员。
这些结果跟已知的南极鱼类地理分布基本一致。
该研究团队强调，这项工作目前仍属于概念验证，样本数量不算大，还不足以直接推导完整生态历史。但它证明了一件重要的事，就是，博物馆保存液中的DNA信号，并非随机噪音，而确实保留了历史环境特征。
（图文无关）▲上图：一些浸泡在保存液体中的海洋鱼类标本。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
当然了，这种方法也有很多局限性。这个论文并没有把这项技术描述成“万能工具”。相反，作者花了相当大的篇幅讨论偏差的来源。
最大的问题之一，是博物馆历史管理方式并不统一。有些野外采样过程中，不同个体会暂时放在同一个容器里固定保存。结果，长期共存后，DNA可能互相污染了，你中有我、我中有你。
乙醇挥发后，很多馆藏会定期补充酒精。有时甚至会整瓶更换。这样会稀释原有的DNA。某些机构过去还存在酒精回收再利用流程，即把旧乙醇重新蒸馏后循环使用。这种操作，同样可能带来交叉污染。
另外，老标本的保存记录并不总是完整。有些早期样本可能曾经使用福尔马林固定，而福尔马林对DNA破坏严重。
所以，研究人员建议，未来如果要做长时间尺度的历史eDNA研究，必须和馆藏管理人员密切合作，尽可能了解样本保存历史。
他们还提到，乙醇提取物中的总DNA浓度明显低于组织样本。有些样本差距达到数十倍、甚至是数百倍。例如普通海绵中，组织DNA浓度最高可比乙醇高335倍。这意味着保存液方法虽然适合元条形码检测，但未必适用于需要大量高质量DNA的长读长测序。
换句话说，它是一种生态调查工具，而不是传统意义上的基因组测序替代方案。
（图文无关）▲上图：上海海洋大学博物馆的一些海洋鱼类标本。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
过去几十年，博物馆分子研究的发展方向，大体是“如何从旧标本中榨出更多DNA”。
现在，研究对象本身开始发生变化。人们不再只关注标本组织。保存液、附着沉积物，甚至玻璃瓶内部残留物，都开始被视作潜在遗传信息来源。这种变化的背后其实反映了环境DNA研究思路的扩展。
最早的eDNA研究主要依赖直接取水。后来，人们发现海绵、双壳类、海葵、甲壳动物等滤食生物，也能像天然采样器一样积累周围环境DNA。
这项新研究，则进一步把时间尺度往前推了一步。它不再只分析“今天的海水”，他们在尝试恢复十几年前、几十年前，甚至更久以前的生态信息。
对于拥有庞大馆藏体系的自然历史博物馆来说，这意味着一种全新的使用方式。过去，许多标本主要承担分类保存功能。未来，它们也可能会成为历史生态数据库的一部分。
思考题·举一而反三
海绵等滤食动物在活体时是“生态过滤器”，以及有机物DNA会游离于乙醇保存液中，其实这两点在分子生态学界早就不是什么秘密了。此前也有学者尝试过提取标本保存液里的DNA，但过去的研究往往零散了些、也比较缺严谨的工程对照。笔者认为，它的意义主要还是在一个极具潜力的方向上做了一次非常漂亮且规范的“概念验证”（Proof of Concept），做成了标准实验（4种提取路径），把它做成了实验标准、给规范化了，这可能是他们比较了不起的地方。好了，最后举一反三，我们来拓展一下思维，思考一下几个问题（没有标准答案，出题水平也有限，权博读者一笑尔）。
Q1、这个eDNA研究针对的主要还是海洋生物。那么对于淡水生物的eDNA研究，是否也适用？
Q2、这项研究证明，仅用过滤标本的乙醇保存液，就能获得不亚于、甚至是优于传统组织切片检测到的鱼类物种数量。你觉得，这种“不破坏标本本身”的非接触式采样方法，会对未来自然历史博物馆的馆藏管理、共享机制以及珍稀濒危物种的研究方式带来哪些改变？
Q3、滤食动物标本的液体能够保存它活着时周围生物的遗传信息，那么其他非滤食性的标本（比如浸泡在福尔马林或酒精里的昆虫、鱼类或两栖动物标本）的保存液，是否也可能残留有它们曾经生活环境中的其他生物DNA？这种技术在未来有没有可能扩大应用到更广泛的生物标本类型中？
Q4、该研究虽然在阿尔法和贝塔多样性上取得了显著成果，但实验主要集中在南极鱼类这类特定类群上。那么，保存液中的eDNA组成，究竟是忠实地还原了当时该海域的生物群落，还是深受宿主生物自身孔径、捕食偏好以及细胞表面电荷影响后的“选择性残留”？从技术原理与取样偏好来看，保存液过滤法在“群落还原”上是否存在系统性的漏检风险呢？
Q5、从全球生态资源调查的战略视角来看，既然利用保存液进行非破坏性元条形码分析已被证实可行，这是否意味着全球自然历史博物馆中数以百万计的液体浸制标本库，实际上是一个未经开发的、天然附带时空标签的全球生物多样性DNA历史数字档案馆？你认为，要将这种“附带环境样本”的提取流程标准化并推向大规模自动化筛查，国际馆藏界在数字化档案建设、生物信息学交叉污染控制、以及样品全生命周期可追溯性上，急需确立哪些核心的行业技术标准与共享伦理框架？
Q6、我们知道，在古DNA与分子生态学领域，福尔马林（甲醛水溶液）被称为“分子生物学家的梦魇”。虽然它对保存生物的外部形态、组织结构效果极佳，但对核酸的破坏是毁灭性的。甲醛对生物分子的破坏在标本接触液体的瞬间就已经开始，并在随后数十年间不断加剧。所以说，福尔马林对核酸的破坏是毁灭性且持续不断的，随着时间推移，标本会彻底沦为分子生物学上的“死标本”。
如果说，为了让后世拥有最佳的分子生物学研究、提取eDNA、甚至是用生物技术使其“复生”的机会，能否在涉及到珍稀濒危物种（考虑它可能不久未来会灭绝）的标本制作的时候，考虑不用福尔马林？是不是可以考虑直接无水乙醇保存？或者可不可以优先考虑用冷冻生物样本库（Cryobank），即所谓的“冷冻方舟”？将动物的皮肤、肌肉、内脏、血液等组织切成微小活检块，加入二甲基亚砜等冷冻保护剂，直接投入液氮中。在-196℃的极低温度下，生化反应和分子运动几乎完全停止了，核酸（包括内源DNA和组织内残留的环境eDNA）能够以近乎完美的完整长链状态保存数百年、甚至上千年。
▲对于白鱀豚这样的灭绝边缘物种，早期的福尔马林保存是时代的局限，尽管科学家们非常努力，穷尽一切可能，但当时条件非常有限、没其他办法。如今随着科技发展，而对于今天和未来的濒危生物，或许，建立国际标准的冷冻生物样本库，是值得考虑的为未来研究留下更多想象力的方案。上图是白鱀豚的大脑标本。©Linda Wong 摄 | 海潮天下（Marine Biodiversity）
Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. 2026. “Recovering Historical eDNA From Museum-Preserved Filter Feeders via Non-Destructive Metabarcoding.” Molecular Ecology Resources26, no. 3: e70132. https://doi.org/10.1111/1755-0998.70132.
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资讯源 | Jeunen, G.-J., S.Mills, M.Bailie, et al. 2026.
文 | 王芊佳
排版 | 卢晓雨