让我们一起发现新物种,用你的名字来命名
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。
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。
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。
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。
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