让我们一起发现新物种,用你的名字来命名

白明:中科院动物研究所研究员

2019年,人们在太平洋海域内发现了新物种小猪乌贼、法国发现了新物种猫狐、双河洞发现了新物种双河盲步甲、四川卧龙发现了新物种巴郎山雪莲、“化石中的化石”——中国独有恐龙的胃中再次发现新物种.......

人类认识世界的进程是永无止境的,未来各类颠覆性的,硬件和软件的出现和迭代让大家认识世界、认识自然的,从而更好地保护我们的地球,实现可持续的发展。

物以类聚、人以群分,分类其实是我们每天在工作和生活中,都在做的一件事情。不管是大家辨别亲朋好友的样貌、体貌特征,还是你在淘宝、京东上买东西,去比较一些商品之间的差异,其实都要用到分类学的原则。但是分类为什么成为一门学科呢?其实它是作为一种,最熟悉的陌生人,分类学的一部分内涵,可以与一种叫“找不同”的游戏相通。因为我们人类认识和感知世界,需要不断地去判别,事物之间的差异,所以说分类学是伴随我们人类起源和发展的,贯穿整个的过程。

作为一门古老而严谨的科学门类,分类学,当然不是简单的“找不同”游戏。而是有一个非常庞大,而且复杂的科学体系。地球上所有的生物,我们都可以用界、门、纲、目、科、属、种,七个层次,来给它进行归类。

其实我们人本身,也是一种动物,在科学上也有一个专有的拉丁学名。我们每个人也有名字,每个生物其实也有名字,它都有根据国际命名法规委员会的规定。它的学名包括属名和种名两部分,其实跟我们的名字是异曲同工的,称为双名法。为什么制定这样的规则呢?每一个物种都有一个唯一的拉丁化的学名,这是为我们科学上交流方便,否则的话就会有大量的异物同名,或者同物异名的现象发生。

说到这个外来入侵种,就不得不提,我们国人都喜欢吃的这种麻辣小龙虾了。小龙虾它有唯一的学名,但它有很多中文的名称,比如说:克氏原螯虾、红螯虾、淡水小龙虾。其实小龙虾原本是入侵种,它是从美洲入侵到中国的,但是为什么小龙虾在欧洲,造成那么大的危害,在中国没有造成危害呢?那是因为,它到了我们舌尖上的中国。因为我们把它开发成一种食物,只能说我们中国人非常的有智慧。

但是不是所有的入侵种,都能够被开发为食物,能得到控制的。比如说有这么一种常见的甲虫,它叫白星花金龟,它其实在北方或者东部地区比较常见的。包括在俄罗斯、蒙古、日本、朝鲜,都分布的一种常见的甲虫。可能很多朋友在榆树上,或者玉米上都见过。

在2000年之前,它在新疆是没有发现的,但在2005年的时候,它在新疆兵团大爆发,造成很多果园的绝收。大家知道葡萄之类的水果是新疆兵团,乃至整个新疆自治区,都是重要的经济作物。所以当时兵团方面非常的着急,他们拿着标本找到我说:“白老师,你帮我们鉴定鉴定吧!”因为根据历史上的经验,很多新疆的害虫,都是从俄罗斯入侵的,这也是由于它的区位特征造成的。但是根据我的鉴定,我发现它不是俄罗斯来的,而是我们内陆常见的一种叫白星花金龟的昆虫。后来又结合分子生态学,几何形态学,还有一个事实就是新疆兵团从内陆调运有机肥,这样一件事情,最终确定了新疆白星花金龟,是从内陆入侵到新疆的。根据这个鉴定结果,我们找到针对这个种的绿僵菌,可以防治它的幼虫的发生,控制它的虫口密度。另外还有一些其它的措施,现在这个害虫已经得到了控制。

当然了,外来入侵种不是简单的常常发生在省市之间的,入侵或者扩散,更多是国与国之间的这种扩散。
比如说上世纪在山西首次发现了一种小蠹,叫红脂大小蠹,它原产是美洲,它现在位列国家林业局六大病虫害工程之一。迄今为止,这个害虫已经造成700多万株松树的死亡。所以这个种最初的鉴定,它的中文名称的确定,还有最初的调查,都是我们研究组的老先生做的。只有我们准确地鉴定了这个物种,通过文献可以知道它是从哪来的,它原产是哪,这样我们可以到原产地,去找它有可能有什么样的天敌昆虫。天敌昆虫很多都是这种寄生蜂,很小很小,红脂大小蠹已经很小了,比它还小。寄生蜂可能只有小于一毫米,小于一毫米的这种小昆虫,也是五脏俱全。它有很强大的作用就是可以控制,因为它是专性寄生的,可以控制这个害虫的发生。
当然也不光是国外的都来入侵我们中国,我们中国的虫子,其实也在入侵其它的国家。比如说有一种吉丁虫,它入侵到了美国,美国农业部的人发愁防治,然后找到我们。我们也是去云南那边,帮他们评估一些可能的天敌昆虫。

当然也不是说所有入侵的昆虫,或者是迁移的昆虫都是有害的,有一种昆虫叫蜣螂,它就是有益的。我的博士论文,就是研究蜣螂分类的。大家可能不知道,中国其实有360多种蜣螂,全世界有6000多种蜣螂。蜣螂的中文俗称一般就叫屎壳郎,它主要是取食哺乳动物的粪便。

可能有的人会说,为什么研究这个吃屎的虫子呀,有什么用呢?大家知道原本在澳大利亚是没有牛羊的,是我们人把它引种到澳大利亚的。当时人只引种了牛羊,但牛羊产生的粪便非常的多,澳洲本地的蜣螂,其实是不取食牛羊的粪便,为什么呢?这也是种间的协同进化的关系,当时澳洲本土的蜣螂,祖上没有见过这种牛羊,它不吃啊,它躲着走,所以这怎么办呢,五六十年代对澳洲的草场,造成非常严重的退化问题。所以澳大利亚的科工委,他们就想办法,不但要引种牛羊,还要引种吃牛羊粪便的这种蜣螂,所以他们从世界各地,引种了很多的蜣螂,有些种类也是中国的种类。当时做这件事情的詹姆斯,他后来因为这件事非常的成功,所以也成了澳洲的院士。然后也带动了很多产业,现在也有很多蜣螂的繁育的公司,公司繁殖很多活体的蜣螂,然后把它卖给农场主,这在中国是不可想象的。
蜣螂因为当时引种只是个别的种群,其实现在是近亲的繁殖。经过40年,这里的蜣螂出现了种质退化问题,詹姆斯觉得,我们应该再启动一个二次引种的一个项目,因为我是做蜣螂研究的,他希望中国能够帮忙,我们俩在澳洲、在美国、包括在中国,他多次来过中国,我们都见面讨论过这个事情。根据他的测算,这个计划至少需要2000万澳元,一部分钱是来自澳大利亚政府,还有很大的一部分钱,来自于澳洲农场主联盟。其实就是说澳大利亚的农民,他们用脚来投票,他们知道如果蜣螂出现问题了,他们祖上遭受的那些难题,还会再次重现。所以他们愿意自己捐出几百澳元、几千澳元,拿出自己的钱来资助这样的研究。
我们大家都知道,生物多样性,是我们维持人类赖于生活在地球上的,一个先决的条件,没有生物多样性,我们就无法生存下去。生物多样性都在讲,但是生物多样性,并不是简单地数一数有多少种,更重要的是生物多样性,包括三个层面的内容:一个就是遗传多样性;还有是物种多样性,就是我们说的种级;还有就是生态系统多样性。但无论是哪个层面的多样性,我们都需要知道它是什么种,需要做出正确的鉴定,这个过程其实就是一个分类的过程,所以分类学是我们认识世界的一个工具。
地球上估计有1000万种生物,当然也有人经过他们的研究,经过对雨林的一些研究,认为有3000万种,也有人说有5000万种。但不管怎么说,我们现在经过200年的研究,我们只发现了一百多万种,登记在册了一百多万种生物。还有非常大量的,有待发现的生物,因为气候变暖,人类活动干扰,环境变化,很多生物有可能我们还没有发现,它就已经灭绝了。所以我们必须要想办法,改变这个现状,尽可能快地、高效地、准确地,发现一些新物种。

所以我们分类学界,首先想到的就是,尽可能去采集标本,去那些人迹罕至的地方,用多种方法,采集不同的极端环境的,不同生态位的昆虫或者生物。但是有一个问题:我们获取这些标本的速度,远远快于我们研究的速度。比如我们研究所还有很多标本,是一百多年前,或者是几十年前的标本采到了,现在还没有时间,没有精力,去做研究,所以我们必须要想办法,加快我们研究的速度。

研究标本是很重要的研究的载体,那么标本的数字化和在线分享,就非常重要了。以前,我们必须把标本快递到一个地方,然后他来研究这个东西。现在呢,可能我们通过影像,互联网+的这种方式,可以把它分享过去。现在常用的就是二维的照片,比如我们用很好的相机,很好的扫描电镜,可以提供亚微米的形态的细节,能够帮助我们做更进一步的分类。
但是我们现实的世界是三维的世界,不是二维的,所以后来有很多的三维的数据的获取和分析的方法,被不断地发明出来。比如说针对很小的厘米量级的,它有显微CT、还有三维重建技术、还有激光共聚焦方法。

我曾经利用这些成熟的三维技术,从缅甸琥珀中发现了一个昆虫纲的新目。缅甸琥珀的形成是一亿年前,恐龙时代白垩纪时期。刚才我讲界、门、纲、目、科、属、种,目级其实是比较高级的阶元了,我们日常发现新种和新属,相对容易点,发现一个新目还是非常非常难的,可以说是几十年一遇吧。我也很幸运,今年又发现了奇翅目的,第二个种,并且发现了它特殊的交配行为,这些都是用已知的技术完成的。但是这些三维技术,还是有一些不完善的地方,最大的问题就是速度太慢。因为我们需要高效率,它速度太慢了,CT扫描一套数据要几个小时,甚至要几天的时间。

所以我们就想办法,最后我们主导研发了,一个叫做结构光照明显微镜的一个技术。这个新的仪器,能够快速地获得高分辨率的三维数据。这个虫子只有一厘米左右,然后我们这个新的仪器,能够获得的这个图像,是三米多高的,仍然能够保持非常高的清晰度,而且我们还可以实现,自动地拼接和自动的重建。二代的已经实现了彩色的、原色的图像,希望这个新仪器,能够为分类学的现代化解决一些问题。

我们分类其实主要的还是用肉眼来看这个东西,像我们找不同游戏一样,就是看这个和那个有什么差异。我们现在需要的是定量的,我们要用数学的语言来刻画,圆有多圆、方有多方、椭圆有多椭圆,用数学的语言,定量地描述这个东西,这样就有一种方法叫几何形态学就应运而生了。

但是几何形态学,我们做的过程中,后来也发现它有一些问题,它只能是单特征比较,比如说头和头,所有的标本只能比较头,但如果我们有很多特征的时候,怎么办呢?所以我们后来,又研发了一个新的软件,叫多特征整合的算法,现在这个软件也已经提供了,在线服务。虽然几何形态学已经飞速发展,但是它还是太慢了,因为它有很多步骤,需要我们人工手动地去操作一些东西,效率不高。

比较幸运的是2006年,一个新的技术叫深度学习技术,它横空出世了。所以我也是比较快的就把它引入到生物分类的领域。

光我们甲虫这一个目,它就有40万种。全世界有40万种甲虫,而且它很多时候非常难采集获得,根据这个办法,我们研究组研发了一个,我们命名为“甲天下”的世界甲虫分科的一个体系,一个系统。现在这个“甲天下”系统已经可以做到对世界所有已知的科,进行分类,自动鉴定。

但是刚才讲的,甲虫的种类太多,其他的分类阶元,比如亚科级、族级、属级、种级,还在研发之中。既然这个问题出现的数据量小,那我们就要到世界各地的博物馆,去拍这些照片,与国内外同行合作。另外我在这里呼吁公众能够参与我们这个平台,能够贡献数据。让我们一起去发现新物种吧!

我们把新的物种能够给它登记在册,因为在分类学有一个做法:如果是你发现的这个标本,发现了新的物种,我们可以以你的名字来命名。所以说只有全民的参与,才有可能实现,“甲天下”数据的裂变性增长。

种类太多了,世界种级的这种甲虫的分种系统,“甲天下”是太难做到了,短期之内是做不到的。所以我们就想,我们需要找一个地区,它种类不是那么多,然后又有可能做到,比较好的一个地区的就是香港。
因为从2011年开始,我每年都受香港渔农自然护理署的邀请,到香港进行甲虫多样性的研究和调查。目前已经获得大量香港的标本,为什么他们邀请我去呢?很重要的原因就是,香港是自由港,货物有通关的便利,所以就造成香港成为外来入侵种,进入大陆的一个跳板,所以我们一定要对香港进行比较系统的深入的研究。
因为香港大概有1200种甲虫,目前我们已经设计了几个模块了,除了这个自动鉴定之外,很重要的模块就是预警的功能。就是说不管是香港的公务员,还是我们大众、老百姓,我们看到一个甲虫是在香港拍的,拍了之后提交到系统,如果系统给出你名称,没什么问题,如果系统给你一个很低的鉴定率,很难知道它是什么,可能有三种情况:一个就是它有可能是入侵种,或者还有可能是新纪录,还有可能就是新种。因为大家拍的照片都有位置信息,所以我们也会精确地知道,你这个标本是从哪里采的,也为我们后续完善“香港甲天下”做补充。
我们人类认识世界的进程是永无止境的,分类学的发展也是永无止境的。我相信,通过未来各类颠覆性的,硬件和软件的出现和迭代,分类学将不再是阳春白雪,而是大家看得见、摸得着的、认识世界、认识自然的,一个简单易用的工具和数据库。从而更好地保护我们的地球,实现可持续的发展。

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