点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:监测生物多样性,用这碗“汤”就够
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

监测生物多样性,用这碗“汤”就够

来源:科技日报2021-09-15 09:43

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  蚂蟥、蟑螂、螳螂……在云南高黎贡山,这些小动物不只是儿时伙伴藏匿在盒子里引人尖叫的“玩具”,还有着不为人知的作用——监测环境中的生物多样性。

  早在2012年,中国科学院昆明动物研究所俞维理研究员带领的生态学与环境保护中心团队研究发现,通过对一定区域内昆虫样本的混合DNA测序,可以对该区域的生物多样性进行编目和监测。他们在国际期刊《生态学与进化方法》发表了第一篇描述“生物多样性汤”这一高通量条形码技术流程的研究论文,并成为该期刊引用下载次数最高的文章之一。

  近期,俞维理团队再次在国际期刊《生态学与进化方法》上发表了《生物多样性汤II:更低错误率的高通量条形码流程》,通过优化多个技术环节,对快速监测生物多样性的高通量条形码技术进行了改进。

  “生物多样性汤”vs传统监测

  “所有的生物都含有DNA,即使是非常细小的碎片,其DNA也可以被用于物种鉴定。”俞维理说。

  “生物多样性汤”正是利用了生物的这一特点,通过不断革新的分子手段和测序技术对混合的生物DNA样本进行分析,还原出混合性生物样本中的物种信息以及多样性特征,即生态学家们经常说的α多样性指数、β多样性指数等。这些信息也是我们进行生物多样性监测的基础。

  此前,俞维理团队将“生物多样性汤”与传统的生物多样性监测方法进行了对比。用于比较的数据都来源于在中国云南、马来西亚和英国分别开展的生物多样性监测项目,包括5.5万份鳞翅目昆虫和鸟类等物种信息。

  “传统数据可以说是生物多样性鉴定的黄金标准,但要获得这样的数据需要付出高昂成本,因此保护学者和环境管理者们往往只能利用有限的信息来进行决策。”俞维理介绍,由于其浩大的采样和分类规模,研究不可避免地被限制在小的区域且难以有效复制。但现实情况是,研究结论亟待在大尺度上复制和检验,所以其团队采用的高通量方法,实现了更大尺度上的可操作性。

  “生物多样性汤”技术正是一种集合了高通量测序技术的新颖的生物多样性监测手段,可以同时分析大量的混合性生物样本,获取高精度的地面生物多样性数据。这一技术与依赖于大量分类学专家的传统监测方法相比更为快速高效,同时可靠性高,并具有可供第三方检验的新特点。其最大的突破,在于人们可以更容易地监测环境变化和濒危物种的状况。

  “升级版”可更高效准确分析样本

  自“生物多样性汤”技术发表以来,俞维理团队一直在不断完善这一技术的各个环节,并努力探索和拓展这一技术的应用范围。他们利用“生物多样性汤”技术探究了云南省哀牢山自然保护区内不同海拔段内蛾类的生物多样性,结果表明与基于传统形态鉴定的数据一样,都能显示出蛾类的群落组成随海拔和采样层次的变化趋势。

  “在哀牢山,我们还用同样的方法研究了真菌多样性对朽木分解的影响,结果发现真菌越多样,朽木的二氧化碳释放速率越低,也就是说多样的真菌能让倒木腐朽得更慢,这对于人们了解真菌多样性在维持全球生态系统碳平衡中的作用提供了重要线索。”论文第一作者、中国科学院昆明动物研究所杨春燕博士向科技日报记者介绍。

  通过与云南省林业规划院和哀牢山自然保护区管理局深度协作,研究团队借助于保护区现有分区巡逻的管理体系,利用“生物多样性汤”技术分析由护林员们采集的蚂蟥样本,通过分析其血液DNA中含有的脊椎动物信息,以此来监测哀牢山保护区内脊椎动物的多样性。这些都是俞维理团队利用“生物多样性汤”技术进行生物多样性研究和监测的成功案例。

  近年来,“生物多样性汤”技术凭借其快速、高效、监测范围广的特点,逐渐被各国的自然保护管理部门融入其日常监测工作中,针对这一技术的科学研究也一直是相关领域的研究热点。俞维理团队通过优化多个技术环节,获得的升级版“生物多样性汤”,改进了整个实验设计和生物信息学分析流程,降低错误率的同时提高了运算速率。

  “升级版‘生物多样性汤’可以更高效更准确地一次性分析更多样本,例如一个监测项目里采集到几百个混合的生物样本,在过去我们需要一个物种一个物种地去分析,但是借助这项技术,我们可以一次性分析这些样本。”杨春燕表示,相信这项技术将能在我国“天空地一体化”监测体系中发挥非常重要的作用。

  联袂卫星、遥感进行“天空地一体化”监测

  我国是生物多样性最为丰富的国家之一,生物多样性保护受到我国各级政府的高度重视。

  “生物多样性调查、评估与监测,旨在获取时空连续性的生物多样性数据,这是开展生物多样性保护的前提,但在目前的生物多样性保护研究中,如何快速获得大量物种信息,仍是亟待破解的难题。”杨春燕告诉记者。

  目前,日新月异的技术手段使生物多样性监测正迈向一个崭新的纪元。中外科学家几乎同时提出了将多维的遥感数据和高精的地面数据连接用于监测生物多样性的体系框架。我国更是率先将“天空地一体化”监测体系明确列入了《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》中。而这个体系中一项重要的内容就是,要快速高效地获取地面精细的生物多样性信息。

  我国提出的“天空地一体化”监测体系可以提供研究区域多空间尺度、长时间跨度、连续性的生物多样性数据。目前,俞维理团队将“生物多样性汤”技术(地)与卫星(天)和近地面遥感(空)数据相结合,在哀牢山保护区成功进行了“天空地一体化”探索和应用研究。

  “‘天空地一体化’有效应用于生物多样性监测,迫切需要解决两个问题:在遥感监测的区域如何快速高效地获取地面精细的生物多样性信息;如何将高通量的生物多样性信号与遥感信号衔接。”杨春燕说,解决以上问题,我国具有得天独厚的资源和技术优势。

  据悉,我国的遥感技术、地理信息系统和全球定位系统,以及无人机近地面遥感技术一直处于世界前沿,并已在多种环境监测中得以应用;目前我国有多个团队在研发地面高精生物多样性数据的获取技术,俞维理团队就是其中最早进行这一尝试的团队;另外,我国建设有众多的自然保护区,其中一些建设较早的保护区具有丰富的基础数据积累和设施完善的野外观测台站。

  “依托这些自然保护区开展‘天空地一体化’的体系探索和应用研究,有助于尽早实现该体系对我国生物多样性的有效监测,占领生物多样性监测的前沿高地。”杨春燕说。(科技日报记者 赵汉斌)

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 内蒙古兴安盟:科技小院 菌香林海

  • 美丽中国丨荆楚大地 水韵华章

独家策划

推荐阅读
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
当地时间24日,世界气象组织在日内瓦为中国工程院院士、中国气象局卫星气象专家许健民颁发第七十届国际气象组织奖,表彰他为天气预报、卫星气象事业以及气象业务服务作出的卓越贡献。
2026-06-26 09:28
来自英国伦敦国王学院与加拿大麦克马斯特大学衍生公司Block Biosciences等机构的科学家,正在研制一类靶向IMPDH2酶的候选药物。团队已设计并合成了数百种靶向IMPDH2的候选药物,正从中层层筛选最优化合物,力争尽快推向临床开发。
2026-06-26 09:26
6月25日,以“弘扬伟大抗疫精神 走好疾控新长征路”为主题的2026年“我和我的疾控故事”宣讲会在中国疾病预防控制中心举办。中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心综合防治与政策室主任单多的故事,要从一双生了冻疮的手讲起。
2026-06-26 09:23
届链博会期间,贸促智库交流活动暨全球供应链报告与指数发布会在京举办。2018—2025年,促进指数、连接指数、创新指数、韧性指数均呈上行态势,表明全球供应链继续朝着更具韧性、更有效率、更富活力的方向发展。
2026-06-26 09:20
需要看到,保护耕地是推进乡村全面振兴、建设宜居宜业和美乡村的重要组成部分,广大农民是保护耕地的重要行动主体。
2026-06-26 09:19
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
加载更多