入侵物种、病原体和寄生虫可能对水生生态系统造成显著生态影响，并对人类健康与经济带来风险。相关机构认为，尽早发现此类生物威胁是降低影响的重要环节。蒙特雷湾水族研究所（MBARI）近日介绍，一款面向水生环境监测的低成本自主机器人DNA采样器已完成开发，旨在为资源管理者、决策者及社区提供更便捷的监测工具。

这款设备名为FIDO（Filtering Instrument for DNA Observation，DNA观察过滤仪），可在湖泊、河流与溪流等环境中自动采集环境DNA（eDNA）样本，用于检测水体中的有害生物。FIDO由MBARI工程师与美国地质调查局（USGS）以及快速eDNA评估与部署倡议和网络（READI-Net）合作开发。

MBARI SURF中心主任Jim Birch表示，MBARI正将工程创新应用于新型机器人DNA采样器的研发，设计重点包括经济性、可靠性与可扩展性，目标是用于识别威胁全国水道的病原体、寄生虫和入侵物种。

eDNA用于“无接触”识别水生生物

eDNA指生物在水生栖息地中留下的遗传物质，包括脱落细胞、皮肤、排泄物与黏液等形成的痕迹。研究人员可通过这些遗传线索，在未直接观察或采集生物体的情况下识别物种。相关描述称，即便是少量水样也可能包含细胞物质以及微小动物、藻类、病毒和游离DNA。

在应用层面，eDNA可用于评估与监测生物多样性，寻找稀有或濒危物种，并追踪入侵物种扩散情况。

从ESP到更轻便的FIDO

MBARI此前开发的环境样本处理器（ESP）最初面向海洋环境，可自主采集并处理样本，结合机器人技术与生物传感器进展，用于检测有害生物和毒素、评估水质，并采集与保存eDNA样本。ESP可将数据实时回传，为河流、湖泊与海洋栖息地健康状况提供近实时信息。MBARI表示，ESP体现了团队二十多年的工程积累。

不过，海洋应用对设备结构强度要求较高，使ESP重量达到181公斤（400磅），并可在水下50米（164英尺）深度运行。USGS研究人员在2017年关注其长期采样能力，尤其是eDNA采集能力。多次演示部署后，相关团队提出需要更小、更轻、功能更简化、可规模化生产且能在多样环境部署的仪器。

面向早期发现与快速响应的采样网络

USGS方面指出，入侵物种、病原体和寄生虫会造成生态与经济损害，威胁商业与休闲渔业，并增加疾病传播风险。USGS已将eDNA用于水生生物威胁的早期检测策略，以支持资源管理者和社区通过有效且经济的管理措施减轻影响。

READI-Net则开发了自主eDNA采样机器人、采样协议与分析工具，供管理者与科学家据此设计符合具体需求的早期检测项目。

MBARI与USGS于2022年11月启动合作，开发适用于河流与溪流健康监测及生物威胁检测的便携式机器人DNA采样器。MBARI工程师在过去三年中将ESP的核心组件改造为更小、更轻的设备。

相关团队表示，将eDNA与自主自动采样器结合，可实现全天候生物监测，减少对人员排班、人身安全或恶劣天气的依赖，并提升早期发现能力，从而支持管理者更快采取针对性措施。

设备参数与联网管理

MBARI介绍，FIDO可采集并保存多达144个样本，整机重量约22公斤（50磅），便于单人携带至现场。系统使用标准47毫米（1.8英寸）过滤器对环境水进行过滤，过滤器安装在可重复使用的滤芯中，采集材料将被保存以供后续分析。

在部署方式上，多台FIDO可通过单一云端网页界面进行控制，以便研究人员对设备网络进行集中监控。MBARI同时强调，FIDO在设计上也考虑相对低成本生产，以扩大可用人群范围。

培训与测试计划

MBARI称，去年12月工程师举办为期两天的培训研讨会，向USGS READI-Net项目成员及合作伙伴介绍FIDO使用方法，并在MBARI研究设施附近的莫斯登陆港部署两台设备。研讨会参与者还与MBARI工作人员共同编写了FIDO用户手册。

按计划，USGS READI-Net团队成员将在今年冬季对FIDO开展进一步实验室测试；夏季将启动多种环境的现场测试，场景包括USGS流量测站、研究船只和入侵物种通道。

MBARI表示，READI-Net等合作项目有助于推动工程创新在更广范围内应用。机构将通过优先考虑经济性与可扩展性，并发展合作伙伴关系，将相关技术转让给第三方进行商业生产，以扩大先进研究工具的使用范围。