全球标本采集衰退正侵蚀自然历史收藏的科学潜力

《Nature Communications》：Global sampling decline erodes science potential of natural history collections

本研究针对全球自然历史收藏标本采集率下降的问题，通过分析GBIF超过1.5亿条记录，发现脊椎动物、植物和节肢动物的标本采集数量、物种多样性和空间范围均出现显著下降。这一趋势严重削弱了自然历史收藏作为全球研究基础设施的价值，将影响我们对气候变化和生物多样性丧失等全球性挑战的应对能力。该研究发表于《Nature Communications》，强调了在环境危机加剧的当下加强标本采集和数字化的重要性。

　　

在全球气候变化和生物多样性丧失加速的背景下，自然历史收藏作为记录地球生命演变的宝贵资源正面临前所未有的挑战。全球的自然历史博物馆和标本馆收藏着20-40亿份标本，这些标本记录了400多年来地球生物多样性的时空变化 pattern。近年来，随着数字化、基因分型和人工智能技术的发展，这些收藏的价值已从传统的分类学和进化生物学扩展到环境监测、农业、生物安全和公共卫生等新兴领域。然而，正当这些数据的重要性日益凸显时，全球范围内的标本采集活动却出现了令人担忧的衰退趋势。

为了系统评估这一趋势，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）国家研究收藏中心的Owen Forbes、Andrew G. Young和Peter H. Thrall在《Nature Communications》上发表了他们的最新研究。研究团队分析了全球生物多样性信息机构（GBIF）提供的超过1.5亿条标本记录，涵盖了脊椎动物（Chordata）、植物（Plantae）和节肢动物（Arthropoda）三大类群，时间跨度从1800年至2024年。

研究人员发现，尽管不同类群和地区存在差异，但总体上都显示出明显的采集衰退。脊椎动物的标本采集在1964-1968年达到峰值后开始下降，2010-2019年间年平均标本数量为206,588份，比峰值期下降了47.0%。植物的采集高峰出现在1980-1984年，随后开始衰退，最近十年间年平均标本数量为661,760份，比峰值下降了43.0%。节肢动物的衰退相对较晚，峰值出现在2008-2012年，2015-2019年间年平均标本数量为672,344份，比峰值下降了27.3%。

研究还发现，这种衰退不仅体现在标本数量上，还反映在采集的物种多样性和地理范围上。独特物种数量和采集空间范围（以1度网格单元衡量）都呈现相似的下行趋势。通过自回归积分滑动平均（ARIMA）模型预测，研究人员发现这种衰退趋势在未来5-10年内不太可能发生实质性改变。

空间分析显示，采集衰退存在明显的地区差异。北美、西欧、南非、日本和澳大利亚等传统上采集活跃的地区衰退最为明显，而巴西、韩国等少数地区以及澳大利亚南部和南极洲之间的海洋区域则显示出采集增加的趋势。这种地理不平衡进一步加剧了生物多样性信息的缺口。

研究人员认为，导致采集衰退的因素是多方面的，包括资源限制、法规和伦理考量、工作重点转移、针对性采集趋势、资助机构和公众认知等。这些因素共同作用，削弱了标本采集的力度和广度。

这项研究的重要意义在于，它首次通过大规模数据分析证实了全球自然历史收藏面临的系统性挑战。标本采集的衰退不仅影响传统的分类学研究，更会削弱我们应对气候变化、生物多样性丧失等全球性挑战的能力。随着人工智能、基因组学等新技术的发展，自然历史收藏的潜力正在不断扩大，但前提是必须保证标本数据的持续收集和更新。

研究方法方面，研究团队从GBIF获取了脊椎动物、植物和节肢动物的标本记录数据集，经过严格的数据清洗和异常值过滤后，分析了1950-2019年间的采集趋势。研究采用时间序列分析和ARIMA预测模型评估未来趋势，并通过空间网格分析考察地理分布变化。所有分析均使用R统计软件完成，确保了结果的可靠性和可重复性。

标本数量、独特物种和空间范围的趋势

分析显示，三大类群都经历了显著的采集衰退，但衰退的时间和程度存在差异。脊椎动物的衰退始于1966年左右，2010年后加速；植物的衰退从1985年开始，2005年后加快；节肢动物的衰退相对较晚，从2010年开始。这种衰退不仅体现在标本数量上，还反映在采集的物种多样性和地理覆盖范围上。

预测分析

通过ARIMA模型预测，研究人员发现当前的衰退趋势在未来5-10年内不太可能发生实质性改变。对脊椎动物，2033年的预测衰退率为46.0%；植物为35.3%；节肢动物为27.8%。这些预测表明，采集衰退是一个长期性、结构性问题。

空间趋势

全球热图分析显示，2010-2019年间相比1970-200年，大多数地区的标本采集活动都出现了下降。北美、西欧等传统采集活跃地区衰退明显，而少数地区如巴西、韩国以及部分海洋区域显示出增长。这种不平衡的地理分布进一步加剧了生物多样性监测的空白。

采集衰退的驱动因素

研究指出多个可能因素共同导致采集衰退，包括资源限制、法规伦理考量、工作重点转移、针对性采集趋势、资助机构和公众认知等。这些因素在不同地区和机构中以不同方式相互作用，共同导致了全球性的采集衰退。

对收藏科学的影响

采集衰退最直接的影响是削弱了自然历史收藏的时空覆盖优势，这将影响生物多样性科学的发展，降低我们应对全球环境挑战的能力。标本数据的减少会导致统计推断准确性下降，不确定性增加，进而影响基于这些数据的政策制定、保护管理和危机应对。

研究最后呼吁采取"更智能的采集"策略，通过数据驱动的方法优化采集和数字化工作，提高资源利用效率。同时需要加强公众意识和跨学科合作，充分发挥自然历史收藏在应对全球环境挑战中的独特价值。

这项研究的重要意义在于，它首次通过大规模数据分析揭示了全球自然历史收藏面临系统性衰退的证据。在环境危机加剧的当下，这一趋势尤其令人担忧。研究强调，自然历史收藏的独特价值在于其无可替代的时空覆盖能力，而这种能力正因采集衰退而受到侵蚀。随着新技术的发展，自然历史收藏的科学潜力正在不断扩大，但实现这一潜力的前提是确保标本数据的持续收集和更新。研究呼吁科学界、政策制定者和公众共同关注这一问题，采取有效措施保护和加强这一宝贵的研究基础设施。