利用DNA监管海鲜

一个联邦工作组应该认真考虑投资基因组学方法,这种方法可以同时研究多个基因

大西洋(2009年8月17日)一艘悬挂台湾旗帜的渔船“玉丰”号涉嫌非法捕鱼活动,在被美国海岸警卫队“莱加尔”号巡逻舰(WMEC 912)上的船员和来自塞拉利昂武装部队海事部门、渔业部和国家安全办公室的代表登船检查前,在水面航行。塞拉利昂正在其海岸更远的水域巡逻,以保护其经济区。“莱加尔”号以弗吉尼亚州朴茨茅斯为母港,正在进行为期三个月的部署,作为非洲伙伴关系站的一部分。

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“可疑的”——意思是引起怀疑或猜疑——是对当今世界大部分鱼类买卖方式相当恰当的描述。同行评议的研究表明,市场上多达四分之一的海鲜甚至没有贴上正确物种的标签,这使得欺诈成为海鲜行业最大的问题之一。

第二个相关的问题是,大约四分之一的野生捕捞海鲜是使用可疑甚至公然非法的做法捕捞的,包括在渔船上绑架和强迫劳动。这种非法、未报告和无管制的(IUU)捕鱼会耗尽海洋种群,威胁发展中国家的粮食安全,并导致全球每年100亿至230亿美元的经济损失。在美国,非法进口约占所有野生捕捞进口的25%,价值每年10亿至20亿美元

今年3月,奥巴马政府的一个工作组发布了一项雄心勃勃的计划,以应对海鲜欺诈和非法捕鱼。该计划呼吁使用大规模工具,例如卫星来监视可疑船只,以及一项国际协议来关闭世界各地港口,禁止非法捕捞的鱼类。但是,工作组还应认真考虑投资基因组学方法,这种方法可以同时研究多个基因。基因组学和其他分子水平的工具具有巨大的潜力,可以提高海鲜的可追溯性,并更好地保护消费者和渔业中的守法参与者。


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使用DNA代码的数百个字母(通常是线粒体DNA的一个部分,称为“条形码”)进行物种鉴定是常规且可靠的。美国机构多年来一直使用这种方法来检测海鲜欺诈,但仅在市场的一小部分,世界各地的研究人员已经记录了IUU捕鱼和非法捕鲸超过二十年。例如,对来自日本和韩国零售市场的数百个样本进行测序,记录了非法捕猎座头鲸和灰鲸的行为。加利福尼亚州圣莫尼卡的一家寿司店的一个样本被鉴定为濒危的塞鲸。类似的工作正在进行中,以记录香港市场受保护的鲨鱼物种的流行程度。

“邦古佩尔卡萨”号是一艘涉嫌进行非法大规模公海流网捕捞的无国籍渔船,该船的船员在美国海岸警卫队位于科迪亚克的“芒罗”号巡逻舰于2011年9月7日进行执法检查之前整理他们的渔网。美国海岸警卫队积极参与国际合作,打击联合国暂停鼓励的大规模公海流网捕捞。(美国海岸警卫队“芒罗”号巡逻舰拍摄)

虽然这些努力只涉及解码小段DNA,但读取更长的片段可以提供更深入的见解。直到最近,必要的技术还很昂贵、缓慢,并且不易在现场使用,但在过去的八年中,测序成本下降了10000倍,速度每年增加一倍以上,超过了摩尔定律。这为扩大和加速美国已经针对海鲜欺诈进行的有针对性的测试提供了新的机会。也许更重要的是,它提供了多种方法来打击IUU捕鱼,揭示鱼在哪里被捕捞,并可能使调查人员能够在渔船上找到DNA证据。

该技术扩展的关键一步是推出用于检测海鲜欺诈和IUU捕鱼的快速手持设备。目前可用的模型仅提供对常见的贴错标签的鱼类(例如石斑鱼)的是或否识别。它们使用短的、定制合成的DNA序列,当样本是真品时会产生荧光信号。采用此类工具可以使当局在现场检测到贴错标签的鱼,没收那些货物,并迅速开始调查。(如果海鲜标签必须包括每个物种的学名,这将更容易。)

然而,为了更有效地打击IUU捕鱼,这些设备需要超越是或否的结果,而是读取DNA代码的字母。一种有前途的技术是“纳米孔”测序仪——一种插入笔记本电脑的手持设备,它将DNA链拉过一个非常小的孔,并使用电子传感器读取它。今天的设备错误率高达30%,但改进正在到来

西太平洋(2014年10月29日)一艘小型船队的水手和海岸警卫队员搭乘阿利·伯克级导弹驱逐舰“迈克尔·墨菲”号(DDG 112)准备登上一艘渔船,作为大洋洲海事安全倡议(OMSI)的一部分进行检查,这是一项双边协议,旨在在中太平洋内巡逻,打击非法捕鱼和其他跨国犯罪。“迈克尔·墨菲”号正在部署到第七舰队责任区,以支持印太地区的安全和稳定。(美国海军照片/发布)

手持测序技术将可以扫描染色体DNA的数千个字母,以查找单字母变异。这项技术可以用来识别物种,并且在许多情况下,可以将样本追溯到其起源的种群。此信息足以表明鱼是非法捕捞的,或者至少其运输标签不准确。一项欧洲研究使用这些单核苷酸多态性来区分来自三个种群的鳕鱼样本——北海、波罗的海和东北大西洋——准确率达到95%。海洋管理委员会是一个重要的组织,负责标记可持续海鲜,正在考虑使用这些发现来拒绝为在低丰度地区捕捞的鳕鱼提供其认可印章。

如今,我们拥有为太平洋鲑鱼做同样事情的工具,美国可以资助研究,以开发其他涉嫌IUU捕鱼物种的必要数据,例如蓝鳍金枪鱼或巴塔哥尼亚牙鱼(作为智利海鲈出售)。或者,美国政府可以针对已知发生IUU捕鱼的特定地点,然后使用DNA来识别来自这些地方的货物。

最后一个有趣的可能是,即使在违禁品被卸载后,也能识别出渔船甲板上和渔网或冷冻室中非法捕捞的鱼的DNA痕迹。一种简单的方法是在船的甲板或货舱上运行水,并测试其环境DNA(eDNA)——从鳞片和其他组织的脱落中残留的物质。可以将此信息与船舶的清单进行核对,提醒当局注意IUU捕鱼,尤其是在公海,传统观察和检查很难进行。

基因组学并不是打击渔业犯罪所需的唯一工具。就其本身而言,它无法告诉您某人是否超过配额或使用非法渔具。此外,一些基因组技术尚不实用或不可靠。但是,我们现在拥有的工具足以大大提高我们对所吃鱼类身份的信心,为渔民提供更公平的捕捞市场,并使一种重要的食物来源更具可持续性。

Ben Shouse is an officer at the Lenfest Ocean Program.

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Scott Baker is Associate Director of the Marine Mammal Institute and professor of Fisheries and Wildlife, Oregon State University. His interest in the application of genomics methods for the detection and control of Illegal, Unreported and Unregulated (IUU) fisheries developed from his early work on molecular identification of 'whalemeat' sold in Japanese and Korean markets. Scott is a Pew Marine Conservation Fellow and has served as a scientific delegate to the Internaitonal Whaling Commission from more than 20 years.

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