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全球环境治理前沿

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自2018年启动以来，地球生物基因组计划（Earth BioGenome Project, 简称EBP）就提出了一个明确的目标：对地球上所有已知的真核生物进行全基因组测序。

这个项目的体量很大、跨度也很长，很多人把它归类为“基础科学”，和日常生活的关系似乎并不紧密。但，假设把它放到一个更长的时间尺度上来看，它对未来社会、健康、农业甚至经济结构的影响，可能会比想象中要更深、更远。

▲上图：基因组学的影响正在跨界发展。举个例子，细心的朋友们可能会发现，3年之前，全球生物多样性信息平台（GBIF）是没有eDNA数据类型的。但是前两年开始，已经开始纳入并整合eDNA（环境DNA）数据，这是GBIF迈向未来、丰富其数据类型的非常重要的一步。其目标是，让eDNA数据生产者能够更轻松地将其数据集以标准化格式发布到GBIF，确保数据可发现、可访问、可互操作和可重用（FAIR原则）。目前，GBIF已经建立了eDNA数据发布的最佳实践指南，并创建了数据管理工具，帮助研究人员将其eDNA元数据和物种出现记录转换为GBIF支持的格式（如Darwin Core Archive）。上图是GBIF的一些数据和产品的宣传单。©Linda Wong（CC BY-SA 4.0）

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数据基础的变化

目前人类掌握的生物基因组信息仍然集中在不多的一些物种上，比如人类、小鼠、水稻和一些模式生物。

除此之外，大多数生命形式的基因组信息并不完整，甚至是完全空白的。这种“知识密度不均”的状态，限制了我们对生命机制、生态系统、甚至疾病传播路径的理解。

▲上图：小白鼠在合成生物学中是一种比较核心的模型实验动物。研究人员利用它们与人类高度相似的基因、繁殖快、易于操作等特点，通过基因编辑等技术，精准地改造其基因组。这就让小白鼠成为构建人类疾病模型、深入研究基因功能、以及开发新型基因和细胞疗法的关键工具，极大地推动了人类对生命科学的理解和生物医学技术的创新。©Linda Wong摄于中国科学院生物物理研究所 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

EBP的目标是系统地补上这些空白。随着测序技术成本降低和数据处理能力的提升，这种全局性的扫描成为可能。一旦大多数物种的基因组被建档，将为生物学的基础问题提供更完整的参考坐标系，类似地理学中首次绘制全球地图的意义。

▲上图：地衣是一种独特的复合生物体，它并非单一的物种，而是由真菌与藻类（通常是绿藻或蓝绿藻，也称蓝细菌）之间建立的共生关系形成的。在这种互利共生中，真菌为藻类提供水分、矿物质和保护，而藻类则通过光合作用为真菌提供有机碳水化合物作为营养来源。地衣具有多样的形态、颜色和生长方式，常见的有壳状、叶状和枝状等。它们是自然界中适应能力极强的生物，能够在各种极端环境中生存，例如岩石表面、树皮、土壤甚至极地和沙漠地区，并在生态系统中扮演着重要的角色，如作为先锋物种参与岩石的风化和土壤的形成，以及为一些动物提供食物和栖息地。©Linda Wong摄于中国科学院微生物研究所

在医学和公共卫生上的间接作用

虽说EBP本身并不是为疾病研究设计的，但它所产出的数据，预计会在某些医学研究中发挥作用。

▲上图：寨卡病毒模型。©Linda Wong摄于中国科学院微生物研究院

比如寄生虫、病毒的宿主多样性，以及某些病原体的传播路径，很大程度上还是依赖于对多个物种的基因数据比对。这类研究的精度，与数据库的广度直接相关。

▲上图：防治线虫病害微生物菌剂是指利用具有抑制、杀死或驱避植物病原线虫作用的微生物制成的生物制剂。这类菌剂通过多种机制发挥作用，例如直接寄生或捕食线虫、分泌对线虫有毒的物质、诱导植物产生抗性、或改变根际微生态环境从而抑制线虫的生长和繁殖。常见的用于防治线虫病害的微生物包括淡紫拟青霉、苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、荧光假单胞菌等，它们被认为是环境友好且可持续的线虫防治方法。©Linda Wong摄

另外，有些天然产物——比如抗生素或其他药理活性分子，来源于尚未被研究的真菌或植物。完整的基因组信息建立起来以后，就可以帮研究人员更快地识别这些物种的代谢途径，从而提高药物筛选的效率。虽然这些转化通常需要多年甚至数十年时间，但数据基础的建设是不可绕开的第一步。

▲上图：真菌在地球生态系统中扮演着分解者、共生者和病原体等多种角色，对维持生态平衡至关重要。上图是哥伦比亚波哥大植物园中“真菌生命之树”的一张海报，突出了真菌的宏观多样性。©摄影：何靖霄

对农业系统的支持

在农业领域，就更不用说了。基因组数据可以直接作用于育种策略。以往改良作物或家畜的方式往往依赖外观性状和世代观察，这种方法周期长、效率低。而基因组层面的信息能提供更直接的选育依据，特别是在面对气候变化、土壤退化等长期风险时，有助于设计出更具适应性的农业品种。

EBP所提供的跨物种信息还可能揭示一些目前农业体系中未曾利用的遗传资源，例如来自野生亲缘种的抗病性基因。这类信息能帮助构建更具韧性的农作物基因库，间接提升农业系统的长期稳定性。

▲上图：基因组学的发展为水产养殖业的可持续发展提供了重要的科学支撑。举例来说，上图是缢蛏“申浙1号”，这是上海海洋大学培育的海水养殖动物新品种，也是全国第五个滩涂贝类新品种。基因组学在“申浙1号”新品种的培育和研究中发挥了重要作用。基因组学技术的应用，如基因组选择、基因标记辅助育种和分子标记辅助育种等，为新品种的选育提供了科学依据和技术支持。事实上，在许多新品种的选育过程中，基因组学技术的应用不仅提高了育种效率，还为后续的遗传改良和种质资源保护提供了重要的理论和技术支持。©Linda Wong（CC BY-SA 4.0）| 海潮天下（Marine Biodiversity）

▲上图：水产新品种——团头鲂（俗称武昌鱼）“浦江2号”。©Linda Wong摄于上海海洋大学（CC BY-SA 4.0）

生态系统建模与监测

生态系统是高度复杂的网络系统，物种之间存在大量相互作用，目前的生态模型仍受到数据不足的限制。EBP获取的基因组信息，可以帮助研究者更准确识别物种之间的进化关系、生态位重叠情况，以及潜在的竞争或依赖关系。

这种基因层面的生态数据，将支持更精细的生态修复方案，比如在退化生态系统中引入哪些物种更可能成功建立，或者是入侵物种在本地生态中的潜在影响。此外，某些早期生态变化信号，可能通过微生物或昆虫群落的基因数据率先体现，为环境监测提供新的指标体系。

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▲上图：松材线虫病是全球性的重要森林病害，每年给林业部门带来的损失数以亿计。主要由松材线虫引起，而松墨天牛作为其主要传播媒介，通过取食和产卵在松树中传播线虫。基因组学技术的应用，如基因组组装、功能基因组学和转录组学等，为研究松墨天牛和松材线虫的生物学特性、传播机制及防控策略提供了重要支持。例如，在基因组组装技术的帮助下，已经有研究人员成功组装了松墨天牛的染色体水平基因组，揭示了其与松材线虫的适应与互作机制，这就为防控策略提供了科学依据。©Linda Wong（CC BY-SA 4.0）| 海潮天下（Marine Biodiversity）

数据治理与全球协作

由于EBP涉及大量源自不同国家和地区的生物样本，数据如何治理，肯定成为一个重要问题。比如，谁拥有这些数据？数据能否公开？原生地社区是否有知情权或参与权？……这些问题不属于科学技术范畴，而是科技创新中伦理问题，但对项目的长期可持续发展具有直接影响。

当前，EBP在尝试通过建立区域合作中心的方式，推动本地科学机构的参与，这有助于科研能力的本地化。然而，从目前已公开的数据来看，参与机构仍以欧美为主，这种不均衡可能在将来引发一些争议。

▲上图：对真核生物进行系统性的基因组测序，为应对外来入侵物种和治理植物病虫害提供了全新的手段和研究基础。完整的基因组信息可以用于分析入侵物种的种群结构与变异水平，帮助研究其来源地、入侵时间、传播路线等。上图是斑衣蜡蝉。©海潮天下（Marine Biodiversity）

技术路径上，反馈效应

虽然EBP是一个以数据采集为核心的计划，但，它也在反过来推动技术的发展。

比如说，要采集微小物种的DNA样本，必须开发出低输入、高灵敏度的测序技术。诸如这类技术一旦成熟了，它们的应用范围将不止于基础科研，也可能影响到法医鉴定、病原体快速检测等领域。

此外，数据的规模决定了对计算基础设施的需求。从样本元数据管理，到基因组装、比对、注释，每个环节都需要新的软件架构支持。部分计算任务将依赖人工智能参与，但更关键的，是能否建立一套标准化、可持续、绿色的数据处理体系。这一部分的投入与挑战，目前往往被低估了，但实际上对整个项目能否完成具有决定性作用。

（图文无关）上图：遗传资源数字序列（DSI）与粮农遗传资源、人类粮食安全息息相关。摄于《粮食和农业植物遗传资源国际条约》管理机构第十届会议第三天。©海潮天下（Marine Biodiversity）

▲上图：笔者陪同《粮食和农业植物遗传资源国际条约》（ITPGRFA）秘书长肯特·纳多齐博士访问某科研机构时，Kent的PPT提到GR的治理结构。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

从本质上讲，其实EBP这种大科学计划是对生命多样性（遗传层面）的“数字化归档”。它不会立刻带来某种“革命性”的社会变化，但，它会潜移默化地、润物细无声地，持续地影响许多重要领域的研究基础。客观上，从医学到农业，从生态保护到技术工具的开发，越来越多的决策，都会以基因层面的数据为依据。

所以，笔者预计，在未来几十年内，这类项目的成果将逐步渗透到人们看病、吃饭、应对气候风险的实际问题中。换句话说，它的价值，不在于个别成果的“爆点”，而在于为整个生命科学系统打下更广阔、更细致的认知基础。 

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文 | Linda 

编辑 | 海潮君

日期 | 2025年9月7日

参考资料

Blaxter M, Lewin HA, DiPalma F, Challis R, da Silva M, Durbin R, Formenti G, Franz N, Guigo R, Harrison PW, Hiller M, Hoff KJ, Howe K, Jarvis ED, Lawniczak MKN, Lindblad-Toh K, Mathews DJH, Martin FJ, Mazzoni CJ, McCartney AM, Mulder N, Paez S, Pruitt KD, Ras V, Ryder OA, Shirley L, Thibaud-Nissen F, Warnow T, Waterhouse RM and the EBP Community of Scientists. The Earth BioGenome Project Phase II: illuminating the eukaryotic tree of life. Front Sci (2025) 3:1514835. doi: 10.3389/fsci.2025.1514835

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