2023年11月2日
这是Fabrice Amedeo第四次参加Route de Rhum。这项单人比赛从加勒比海南部的瓜德罗普岛到法国的圣马洛港，全程3542海里。他于2022年11月9日出发；如果一切顺利，他的60英尺帆船Nexans - Art et Fenêtres号将在七天内横渡大西洋。
第四天，帆船的压舱物爆炸了。船体开始进水，电池和电子设备失灵。Amedeo放弃比赛，改道向东，并希望能尽快登陆。第六天，再次发生爆炸。驾驶舱内充满了火焰和黄色烟雾。Amedeo跌入救生筏，眼睁睁地看着帆船沉没在浪涛之下。在无助地漂流了几个小时后，他终于联系上了一艘经过附近的集装箱船并获得了营救。事情过去之后，在《帆船世界》的采访中，他说：“这是一场死里逃生的经历。”
在混乱的大火中，Amedeo只从帆船上带走了他的应急无线电台和结婚戒指。在他随船携带的科学设备中，有一个环境DNA（eDNA，environmental DNA）采集试剂盒，然而，其中收集到的环境样本已经随试剂盒一同沉入了海底。
既是竞技者也是野外科学家
这种eDNA试剂盒是新西兰Cawthron研究所的Xavier Pochon领导的分子监测团队的最新项目成果。该研究所专门从事支持环境保护和可持续发展的科学研究，Pochon的团队利用DNA宏条形码技术监测自然生态系统，该技术可以检查环境样本中的微生物和大型生物脱落的细胞，这些物种可能是已知的也可能是未知的。谈到海洋生物多样性，Pochon认为获取更多数据是一项极为迫切的需求。
他说：“我们非常缺乏来自世界各地的生物数据。现在，有许多出色的模型都可以预测未来气候变化影响，但这些模型都不包含近实时的海洋生物数据。因此我们非常有必要尽快获取强大的时空数据，从而帮助我们了解气候以及海洋生物群落是如何变化的。”
传统的海洋学研究方法需要对相关物种进行直接目视观察甚至物理捕捉，这种方法既耗时又昂贵，还可能对海洋生物造成伤害。Pochon提出了一个想法，通过为运动帆船配备操作方便的简易工具，让航行者在沿途的关键点采集海水样本——这是一种更快、更可靠且无损的方法，可以追踪濒危物种、监测病原体，并揭示物种的地理分布如何随着气候变化而改变。
Pochon表示，运动帆船运动员是执行这项任务的不二人选：“他们心系海洋，会花大量的时间和海洋打交道。他们对海上的环境变化有着丰富经验，并且渴望尽其所能为科学做出贡献。”
Pochon的团队在2015年首次推出了第一代eDNA过滤试剂盒，但这些试剂盒要求船只减速到两节—这基本相当于停在原地。迭代的版本采用了更流畅的鱼雷状外形，可以拖在船后，速度可达12节。这是一个进步...但比赛帆船的速度高达35节。Pochon说：“可以想见，我们无法在如此快速航行的船只后方拖行任何东西。”
Smith-Root的研究科学家Austen Thomas打破了这一瓶颈，他发明了一种胶囊，可以轻松过滤几升水，然后自动干燥eDNA样本，让在室温下送检成为可能。
2021年Pochon再次取得进展，他联系了Fabrice Amedeo。Fabrice Amedeo当时已经开始在比赛中使用 “自主航行测量系统”OceanPack来收集环境参数，该系统可持续收集盐度、温度、CO2和溶解氧的数据，即使在35节的航速下也能正常运作。Pochon说服了Amedeo在比赛中使用最新的过滤试剂盒来收集eDNA样本。
DNA采集方法入门
Amedeo的沉船事件对他和Cawthron研究所的科学家来说都只是暂时的挫折。Route de Rhum结束后不久，沃尔沃环球帆船赛的首席海洋科学顾问Stefan Raimund联系了Pochon。这项为期六个月、行程32,000英里的艰苦环球比赛是第一项要求所有参赛队参加科学项目的体育赛事。所有五支参赛队伍都已准备好在途中收集其他类型的环境数据，而悬挂美国国旗的11th Hour Racing Team也有意向使用eDNA试剂盒。
船上记者Amory Ross将在比赛的第四赛段使用该试剂盒，这个赛段的起点和终点分别是巴西的伊塔亚伊和罗德岛的纽波特，时间从2023年4月23日至5月10日。选择这个赛段的原因，是它涵盖了最广泛的经度和海洋表面温度。
Ross在固定间隔的九个点采集了样本。新版试剂盒大幅减少了手动操作时间，只需要操作者简单地切换系统，即从测量水流切换到测量其他变量。他将一个胶囊连接到过滤器，让两升水流过其中，然后使用手动气泵干燥样本一分钟，接着打包并贴上当前坐标的标签。
这一次，计划顺利进行。11th Hour不仅采集了高质量的样本，还赢得了比赛。“这正是我所期待的结果，”Pochon说，“因为长期以来，人们的观点都是‘你要么专注于比赛，要么专注于收集环境数据。’但现在你可以两者兼得。”事实证明，竞赛帆船可以在不牺牲速度的情况下开展此类科学工作。除了eDNA之外，参加2022-23年比赛的选手还测量了400多万次环境数据，并采集了数百个海洋塑料样本。
揭示海洋深处的秘密
11th Hour团队所收集的样本中有哪些深不可测的秘密等待被破译？在因美纳、Sequench和Smith-Root的支持下，Cawthron研究所的分子监测团队迅速着手工作，在不到两周的时间内提取了470万个DNA序列，鉴定了11,000个物种。
借助公共数据库中已有的数据，研究所通过宏条形码技术对整个生命树中的生物进行鉴定，并且精细到种级别。对于尚未鉴定的种，研究所成功确定了其属。对于尚未鉴定到种的生物，研究所已经成功确定了它们的属。
他们使用四种遗传标志物对样本进行筛选，这四种标志物分别针对细菌、所有真核生物（即任何有细胞核的生命形式）、动物以及鱼类和哺乳动物。此次获得的多样性结果远超预期 — 飞鱼、深海帆蜥鱼、灯笼鱼（“从鱿鱼到海鸟和鲸鱼，都以灯笼鱼为食，”Pochon说）、因过度捕捞而濒临灭绝的阿根廷鳀鱼、令人眼花缭乱的各种水母、难以捉摸的海鳗（这种鱼会迁徙数千英里产卵，其路线至今仍是一个谜）、以及几种桡足类动物，这些小型甲壳类动物在大多数重要商业鱼类的食物链中扮演着重要角色。
研究小组还希望找到鲸目动物（海豚和鲸鱼）活动的证据，但他们的数据显示，人类DNA的数量异常多，并且盖过了其他哺乳动物的信号 — 这是Ross在采集样本时忘记戴手套的结果。
通过将eDNA数据集与船只收集到的其他变量进行比对，Pochon的团队锁定了一些值得关注的领域 — 例如，他们发现在巴西附近的低纬度地区，参与塑料降解的细菌出现率较高；寄生细菌与较高的海面温度密切相关；此外，他们还发现了高密度的剧毒卡尔藻（Karlodinium veneficum），一种与鱼类死亡率增加有关的有毒浮游植物。
研究小组对鉴别入侵物种特别感兴趣，但Pochon承认，“我们必须为更大量的船只配备设备，才能更好地发挥整合分析的威力。”
开放共享的海洋数据库
Pochon希望这些数据可以用来向世界各国展示气候变化对海洋生物多样性的影响，并鼓励各国政府和机构制定更有效的计划，防止海洋生物多样性的崩溃。他说：“海洋研究船的所及范围有限，但每天至少有10,000艘船在世界各地的海洋中航行，如果能为这成千上万的船只配备便携式、简单易用的工具，并以更有效的方式收集更多有意义的生物多样性信息，那会怎么样呢？技术在不断进步，设备越发小巧，速度越来越快，也越来越解放双手。”
最终，这些数据可以形成一个开放的海洋基因组数据库，供世界各地的专业人员所用。“这其中，我不能说全部，但是有很大一部分要归功于因美纳等生物技术公司，他们所推动的前沿技术极大地帮助了我们深入监测和筛选环境。这是一个令人兴奋的领域，其发展之快对我们而言非常有挑战性。”
