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“生物多樣性湯”技術(shù)，是一種集合了高通量測(cè)序技術(shù)的新穎的生物多樣性監(jiān)測(cè)手段，可以同時(shí)分析大量的混合性生物樣本，更為快速高效地獲取高精度地面生物多樣性數(shù)據(jù)。

螞蟥、蟑螂、螳螂……在云南高黎貢山，這些小動(dòng)物不只是兒時(shí)伙伴藏匿在盒子里引人尖叫的“玩具”，還有著不為人知的作用——監(jiān)測(cè)環(huán)境中的生物多樣性。

早在2012年，中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所俞維理研究員帶領(lǐng)的生態(tài)學(xué)與環(huán)境保護(hù)中心團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)一定區(qū)域內(nèi)昆蟲樣本的混合DNA測(cè)序，可以對(duì)該區(qū)域的生物多樣性進(jìn)行編目和監(jiān)測(cè)。他們?cè)趪H期刊《生態(tài)學(xué)與進(jìn)化方法》發(fā)表了第一篇描述“生物多樣性湯”這一高通量條形碼技術(shù)流程的研究論文，并成為該期刊引用下載次數(shù)最高的文章之一。

近期，俞維理團(tuán)隊(duì)再次在國際期刊《生態(tài)學(xué)與進(jìn)化方法》上發(fā)表了《生物多樣性湯I(xiàn)I：更低錯(cuò)誤率的高通量條形碼流程》，通過優(yōu)化多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)快速監(jiān)測(cè)生物多樣性的高通量條形碼技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。

“生物多樣性湯”vs傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)

“所有的生物都含有DNA，即使是非常細(xì)小的碎片，其DNA也可以被用于物種鑒定。”俞維理說。

“生物多樣性湯”正是利用了生物的這一特點(diǎn)，通過不斷革新的分子手段和測(cè)序技術(shù)對(duì)混合的生物DNA樣本進(jìn)行分析，還原出混合性生物樣本中的物種信息以及多樣性特征，即生態(tài)學(xué)家們經(jīng)常說的α多樣性指數(shù)、β多樣性指數(shù)等。這些信息也是我們進(jìn)行生物多樣性監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。

此前，俞維理團(tuán)隊(duì)將“生物多樣性湯”與傳統(tǒng)的生物多樣性監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比。用于比較的數(shù)據(jù)都來源于在中國云南、馬來西亞和英國分別開展的生物多樣性監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，包括5.5萬份鱗翅目昆蟲和鳥類等物種信息。

“傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可以說是生物多樣性鑒定的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但要獲得這樣的數(shù)據(jù)需要付出高昂成本，因此保護(hù)學(xué)者和環(huán)境管理者們往往只能利用有限的信息來進(jìn)行決策。”俞維理介紹，由于其浩大的采樣和分類規(guī)模，研究不可避免地被限制在小的區(qū)域且難以有效復(fù)制。但現(xiàn)實(shí)情況是，研究結(jié)論亟待在大尺度上復(fù)制和檢驗(yàn)，所以其團(tuán)隊(duì)采用的高通量方法，實(shí)現(xiàn)了更大尺度上的可操作性。

“生物多樣性湯”技術(shù)正是一種集合了高通量測(cè)序技術(shù)的新穎的生物多樣性監(jiān)測(cè)手段，可以同時(shí)分析大量的混合性生物樣本，獲取高精度的地面生物多樣性數(shù)據(jù)。這一技術(shù)與依賴于大量分類學(xué)專家的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比更為快速高效，同時(shí)可靠性高，并具有可供第三方檢驗(yàn)的新特點(diǎn)。其最大的突破，在于人們可以更容易地監(jiān)測(cè)環(huán)境變化和瀕危物種的狀況。

“升級(jí)版”可更高效準(zhǔn)確分析樣本

自“生物多樣性湯”技術(shù)發(fā)表以來，俞維理團(tuán)隊(duì)一直在不斷完善這一技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并努力探索和拓展這一技術(shù)的應(yīng)用范圍。他們利用“生物多樣性湯”技術(shù)探究了云南省哀牢山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同海拔段內(nèi)蛾類的生物多樣性，結(jié)果表明與基于傳統(tǒng)形態(tài)鑒定的數(shù)據(jù)一樣，都能顯示出蛾類的群落組成隨海拔和采樣層次的變化趨勢(shì)。

“在哀牢山，我們還用同樣的方法研究了真菌多樣性對(duì)朽木分解的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)真菌越多樣，朽木的二氧化碳釋放速率越低，也就是說多樣的真菌能讓倒木腐朽得更慢，這對(duì)于人們了解真菌多樣性在維持全球生態(tài)系統(tǒng)碳平衡中的作用提供了重要線索。”論文第一作者、中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所楊春燕博士向科技日?qǐng)?bào)記者介紹。

通過與云南省林業(yè)規(guī)劃院和哀牢山自然保護(hù)區(qū)管理局深度協(xié)作，研究團(tuán)隊(duì)借助于保護(hù)區(qū)現(xiàn)有分區(qū)巡邏的管理體系，利用“生物多樣性湯”技術(shù)分析由護(hù)林員們采集的螞蟥樣本，通過分析其血液DNA中含有的脊椎動(dòng)物信息，以此來監(jiān)測(cè)哀牢山保護(hù)區(qū)內(nèi)脊椎動(dòng)物的多樣性。這些都是俞維理團(tuán)隊(duì)利用“生物多樣性湯”技術(shù)進(jìn)行生物多樣性研究和監(jiān)測(cè)的成功案例。

近年來，“生物多樣性湯”技術(shù)憑借其快速、高效、監(jiān)測(cè)范圍廣的特點(diǎn)，逐漸被各國的自然保護(hù)管理部門融入其日常監(jiān)測(cè)工作中，針對(duì)這一技術(shù)的科學(xué)研究也一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。俞維理團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，獲得的升級(jí)版“生物多樣性湯”，改進(jìn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和生物信息學(xué)分析流程，降低錯(cuò)誤率的同時(shí)提高了運(yùn)算速率。

“升級(jí)版‘生物多樣性湯’可以更高效更準(zhǔn)確地一次性分析更多樣本，例如一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目里采集到幾百個(gè)混合的生物樣本，在過去我們需要一個(gè)物種一個(gè)物種地去分析，但是借助這項(xiàng)技術(shù)，我們可以一次性分析這些樣本。”楊春燕表示，相信這項(xiàng)技術(shù)將能在我國“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系中發(fā)揮非常重要的作用。

聯(lián)袂衛(wèi)星、遙感進(jìn)行“天空地一體化”監(jiān)測(cè)

我國是生物多樣性最為豐富的國家之一，生物多樣性保護(hù)受到我國各級(jí)政府的高度重視。

“生物多樣性調(diào)查、評(píng)估與監(jiān)測(cè)，旨在獲取時(shí)空連續(xù)性的生物多樣性數(shù)據(jù)，這是開展生物多樣性保護(hù)的前提，但在目前的生物多樣性保護(hù)研究中，如何快速獲得大量物種信息，仍是亟待破解的難題。”楊春燕告訴記者。

目前，日新月異的技術(shù)手段使生物多樣性監(jiān)測(cè)正邁向一個(gè)嶄新的紀(jì)元。中外科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)提出了將多維的遙感數(shù)據(jù)和高精的地面數(shù)據(jù)連接用于監(jiān)測(cè)生物多樣性的體系框架。我國更是率先將“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系明確列入了《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護(hù)地體系的指導(dǎo)意見》中。而這個(gè)體系中一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是，要快速高效地獲取地面精細(xì)的生物多樣性信息。

我國提出的“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系可以提供研究區(qū)域多空間尺度、長時(shí)間跨度、連續(xù)性的生物多樣性數(shù)據(jù)。目前，俞維理團(tuán)隊(duì)將“生物多樣性湯”技術(shù)(地)與衛(wèi)星(天)和近地面遙感(空)數(shù)據(jù)相結(jié)合，在哀牢山保護(hù)區(qū)成功進(jìn)行了“天空地一體化”探索和應(yīng)用研究。

“‘天空地一體化’有效應(yīng)用于生物多樣性監(jiān)測(cè)，迫切需要解決兩個(gè)問題：在遙感監(jiān)測(cè)的區(qū)域如何快速高效地獲取地面精細(xì)的生物多樣性信息;如何將高通量的生物多樣性信號(hào)與遙感信號(hào)銜接。”楊春燕說，解決以上問題，我國具有得天獨(dú)厚的資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

據(jù)悉，我國的遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，以及無人機(jī)近地面遙感技術(shù)一直處于世界前沿，并已在多種環(huán)境監(jiān)測(cè)中得以應(yīng)用;目前我國有多個(gè)團(tuán)隊(duì)在研發(fā)地面高精生物多樣性數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)，俞維理團(tuán)隊(duì)就是其中最早進(jìn)行這一嘗試的團(tuán)隊(duì);另外，我國建設(shè)有眾多的自然保護(hù)區(qū)，其中一些建設(shè)較早的保護(hù)區(qū)具有豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累和設(shè)施完善的野外觀測(cè)臺(tái)站。

“依托這些自然保護(hù)區(qū)開展‘天空地一體化’的體系探索和應(yīng)用研究，有助于盡早實(shí)現(xiàn)該體系對(duì)我國生物多樣性的有效監(jiān)測(cè)，占領(lǐng)生物多樣性監(jiān)測(cè)的前沿高地。”楊春燕說。

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