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    3. 白明團隊合作取得昆蟲(chóng)多樣性監測裝置及生物地理區劃理論新進(jìn)展

      近年來(lái),昆蟲(chóng)多樣性的快速下降引起了昆蟲(chóng)學(xué)家們的高度關(guān)注。為更好應對這場(chǎng)多樣性危機,中國科學(xué)院動(dòng)物研究所白明團隊與英國自然歷史博物館Alfried團隊于2017年聯(lián)合提出了“SITE-100”(Site-based, Insects, Taxonomy, Environment, 100)國際大科學(xué)計劃,擬通過(guò)在全球定點(diǎn)布設長(cháng)期樣地,定量評估昆蟲(chóng)多樣性格局及其與環(huán)境之間的關(guān)系,以期揭示全球生物多樣化的變化模式和機制。

      近期,白明團隊分別聯(lián)合英國自然歷史博物館Alfried Vogler團隊、韓國首爾大學(xué)Seunghwan Lee教授、安徽師范大學(xué)聶瑞娥團隊等,創(chuàng )制一種基于新型近光式昆蟲(chóng)燈誘器(Portable Funnel Light Trap,PFLT),為夜間昆蟲(chóng)多樣性定量監測提供新方案;以SITE-100秦嶺樣地鞘翅目葉甲科昆蟲(chóng)為研究對象,利用線(xiàn)粒體基因組學(xué)證據,揭示位于古北區與東洋區交界處的秦嶺昆蟲(chóng)群落的系統發(fā)育起源。相關(guān)成果分別發(fā)表在InsectsJournal of Biogeography期刊上。

      1. 設計和評估新型近光式昆蟲(chóng)燈誘器(Portable Funnel Light Trap,PFLT),加快節肢動(dòng)物生物多樣性的發(fā)現速度

      2024年1月1日,Insects刊登了題為“Designing and Evaluating a Portable UV-LED Vane Trap to Expedite Arthropod Biodiversity Discovery”的文章。李升炫(Seunghyun Lee)博士為第一作者和通訊作者,Seunghwan Lee和白明研究員為共同通訊作者。

      生物多樣性關(guān)系人類(lèi)福祉,是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要基礎。昆蟲(chóng)是生物多樣性的重要組成部分。近年來(lái),多項研究表明昆蟲(chóng)多樣性正在快速下降,亟需采取有效保護措施。開(kāi)展多樣性調查與監測是保護的前提與基礎。目前,因受基礎設施等條件限制,部分地區如新熱帶區、熱帶區、東洋區,以及一些偏遠的島嶼、森林等地區的多樣性調查基礎薄弱。燈光誘捕法是采集昆蟲(chóng)最有效的方法之一,但傳統方法雖然可以獲得幾公里外趨光昆蟲(chóng)的樣本,但所需設備笨重、組裝流程復雜,不適在偏遠地區使用。更重要的是無(wú)法精準獲得百米范圍內的夜行昆蟲(chóng)多樣性動(dòng)態(tài),無(wú)法支撐區域性昆蟲(chóng)多樣性定量評估的需求。

      PFLT的設計和組裝(白明團隊供圖)

      白明團隊與合作者共同開(kāi)發(fā)了一種基于UV-LED的新型近光式昆蟲(chóng)燈誘器(Portable Funnel Light Trap,PFLT)。通過(guò)模塊化、小尺寸設計,使得PFLT主要具備如下特點(diǎn):(1)近距離誘集昆蟲(chóng),可獲得標本精確的位置信息;(2)持續時(shí)間長(cháng)(可以超過(guò)11個(gè)小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間),節省人力;(3)被動(dòng)式采集,價(jià)格低廉,可大規模布設;此外,該裝置還具有易安裝、體積小、質(zhì)量輕、結構簡(jiǎn)單、適用于多種生境類(lèi)型下的多個(gè)昆蟲(chóng)類(lèi)群的采集。PFLT作為一種新型的、低成本的昆蟲(chóng)采集裝置,適合在具有挑戰性的野外條件下采集昆蟲(chóng),特別是在未充分開(kāi)發(fā)的地區和棲息地。高便攜性和成本效益使其成為在更廣泛的環(huán)境中進(jìn)行生物多樣性研究的理想選擇,為基于樣地進(jìn)行長(cháng)期監測以探索昆蟲(chóng)多樣性格局和形成機制的“SITE-100”項目提供了又一種新型被動(dòng)式采集方式,為昆蟲(chóng)多樣性監測的定量化、可重復性、長(cháng)期監測提供了一個(gè)新的解決方案,為“下一代分類(lèi)學(xué)”的發(fā)展注入了新的動(dòng)力!

      文章鏈接:https://www.mdpi.com/2075-4450/15/1/21

      2. 探究古北區與東洋區交界處昆蟲(chóng)區系系統發(fā)育起源:基于“樣地”線(xiàn)粒體基因組學(xué)證據

      2024年3月5日,Journal of Biogeography刊登了題為“Phylogenetic origin of an insect fauna at the boundary of the Palaearctic and Oriental realms: Evidence from ‘site-based’ mitogenomics”的文章。安徽師范大學(xué)聶瑞娥特任教授為第一作者(白明研究團隊成員),中國科學(xué)院動(dòng)物所楊星科研究員和英國帝國理工大學(xué)Vogler教授為共同通訊作者,SITE-100國際團隊部分成員參與本項目工作。

      無(wú)脊椎動(dòng)物物種多樣性豐富但缺乏分類(lèi)學(xué)和物種分布信息,這使得全球范圍內探究其生物地理學(xué)存在很大的挑戰,同時(shí)也限制了理解地理區系之間的邊界及其形成機制?;跇狱c(diǎn)宏基因組分析方法可以推斷生物地理之間原位物種的形成機制,自2016年開(kāi)始,聶瑞娥特任教授在楊星科研究員和Alfried Vogler教授的建議下開(kāi)展秦嶺山脈葉甲科區系的研究,秦嶺山脈隸屬于SITE100的計劃之一的樣地,是該計劃在中國最早利用“樣地法”探究生物多樣性研究的樣地,秦嶺地理位置特殊位于古北區和東洋區的交接地帶,為了探究秦嶺山脈的邊界問(wèn)題,本研究選取分類(lèi)學(xué)、系統學(xué)研究基礎較好的葉甲科昆蟲(chóng)為研究對象,基于622個(gè)線(xiàn)粒體基因組數據對秦嶺山脈區系組成及形成機制進(jìn)行分析,除了秦嶺山脈之外,還選取了古北區(Iberian Peninsula; 195 taxa)、東洋區(Borneo, Sabah; 205 taxa)、新北區(Panama; 96 taxa)及標本較少的其他3個(gè)區系等,其中秦嶺、古北區、東洋區和新北區的樣點(diǎn)均隸屬于SITE-100的樣地。通過(guò)系統發(fā)育分析、分歧時(shí)間估計、祖先分布區重建等多維度分析,證明了秦嶺山脈葉甲科昆蟲(chóng)存在東洋區和古北區兩個(gè)區系成分,遷入率很高尤其是以東洋區為主螢葉甲亞科,而以古北區為主的葉甲亞科較少,相對于古北、東洋和新熱帶區,秦嶺的原位物種形成較少,秦嶺葉甲年齡一般在20Ma以?xún)?。同時(shí),該研究還表明基于樣點(diǎn)的宏基因組方法在地理區劃水平上展示了清晰的區劃分支,說(shuō)明它可以用于研究群體生物地理區劃相關(guān)問(wèn)題,比如主要區系邊界產(chǎn)生和維持機制等。該研究是利用“SITE-100”樣地數據解決昆蟲(chóng)地理區系問(wèn)題的一個(gè)典型案例,為無(wú)脊椎動(dòng)物地理區系研究提供了新的研究方法,為“下一代分類(lèi)學(xué)”的內涵形成和路徑探索提供了有力支持。

      系統發(fā)育樹(shù)及所用樣本分布圖(安徽大學(xué)聶瑞娥教授供圖)

      文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jbi.14821

      PFLT是白明團隊研發(fā)的又一種新型被動(dòng)式野外監測裝置,基于線(xiàn)粒體基因組學(xué)數據探索生物地理格局是利用“SITE-100”樣地數據解決重要科學(xué)問(wèn)題的一個(gè)重要探索,結合此前團隊創(chuàng )制的避水集蟲(chóng)器(WET)(Lee et al., 2023 Methods in Ecology and Evolution)、表型編碼網(wǎng)絡(luò )PENet(Zhao et al., 2023 Methods in Ecology and Evolution)、利用GPUs創(chuàng )建六邊形自適應層次網(wǎng)格(Li et al., 2024 International Journal of Geographical Information Science TGIS),以及2023年10月主辦的“一帶一路”地區昆蟲(chóng)多樣性格局評估與智能監測體系關(guān)鍵技術(shù)培訓班,研究團隊正在以“SITE-100”國際大科學(xué)計劃為平臺,聚焦昆蟲(chóng)標本高效采集與高質(zhì)量監測、人工智能識別、地理大數據高效處理、生物地理學(xué)理論等多個(gè)發(fā)展方向,向著(zhù)“推動(dòng)經(jīng)典分類(lèi)學(xué)向下一代分類(lèi)學(xué)”這一宏大的科學(xué)目標積極邁進(jìn)。同時(shí),積極開(kāi)展國際交流與合作,推動(dòng)在昆蟲(chóng)多樣性格局評估、昆蟲(chóng)智能監測體系等方面技術(shù)標準體系的形成,為應對全球生物多樣性危機、破除單一國家無(wú)法解決的生態(tài)矛盾、踐行人類(lèi)命運共同體的全球價(jià)值觀(guān)注入新的動(dòng)力。

      這些工作獲得了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家科技基礎資源調查項目、國家自然科學(xué)基金委、東北亞生物多樣性研究中心、貴州省科技計劃項目、第二次青藏高原科學(xué)考察研究計劃、中國科學(xué)院PIFI計劃、安徽省高校杰出青年項目等項目的資助。

      • 2024-03-07

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        中國科學(xué)院動(dòng)物研究所/北京干細胞與再生醫學(xué)研究院顧奇團隊分別聯(lián)合澳大利亞伍倫貢大學(xué)Jun Chen教授、Gordon Wallace教授和中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò )中心大數據知識工程研發(fā)團隊杜一、崔文娟研究員以及中國科學(xué)院動(dòng)物研究所...

      • 2024-03-07

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      • 2024-02-25

        杜衛國團隊發(fā)現氣候變暖條件下腸道菌群調節可增強蜥蜴的免疫能力

        氣候變化對全球生物多樣性和生態(tài)系統功能構成嚴重威脅,包括物種的存活率下降、病原體的流行增加以及物種滅絕的風(fēng)險提高。變溫動(dòng)物受其生理特性的影響,成為氣候變化過(guò)程中最受脅的類(lèi)群之一。

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