利用历史样本来重建步甲类甲虫不同时期的捕食性饮食

《Basic and Applied Ecology》：Using historical samples to re-construct the predatory diet of carabid beetles through time

基于COI metabarcoding方法，研究分析了2013-2021年间保存于乙醇中的两种甲虫（Nebria salina和Poecilus cupreus）的食性动态。结果显示，储存时间越长，预DNA检测率越高，可能与DNA降解有关。两种甲虫的食性存在显著年际变化，Nebria salina的多样性下降更明显，可能与农业环境变化导致的无脊椎动物多样性减少相关。该研究验证了历史样本在长期食性监测中的应用潜力，并提出改进DNA提取和测序策略以提高准确性。

　　在这项研究中，科学家们关注的是利用历史样本分析昆虫捕食者——拟步甲（Carabid beetles）的饮食结构，并探讨其在不同时间点的变化趋势。拟步甲是一种广泛存在于农业生态系统中的重要昆虫类群，它们在维持生态平衡方面发挥着关键作用，特别是在控制害虫种群方面。然而，由于这些昆虫往往在被捕捉后被保存在乙醇中，长期储存可能会对DNA的完整性造成影响，从而限制了后续的分子分析。研究人员希望通过分析这些历史样本的肠道内容物，来揭示其在不同年份中捕食的无脊椎动物群落变化，并探讨这种变化是否与环境因素有关。

研究团队选择了两种在油菜田中占主导地位的拟步甲物种，即*Nebria salina*和*Poecilus cupreus*，并利用了从1995年起在法国西部的长期生态研究区（ZA-PVS）中收集的样本。这些样本在乙醇中保存了0至9年，而另一组样本则是2021年新捕捉的，以确保DNA的高质量。研究发现，保存时间并未显著降低捕食者DNA的检测率，反而在某些情况下提高了检测效果。这可能是因为在新捕捉的样本中，拟步甲自身的DNA质量较高，从而掩盖了捕食物DNA的信号。相反，历史样本中由于DNA已经经历了一定程度的降解，捕食物DNA的相对比例增加，使得其在肠道内容物中的检测更加明显。

研究人员采用了一种基于线粒体细胞色素氧化酶I（COI）基因的DNA宏条形码技术（metabarcoding），通过PCR扩增和高通量测序（HTS）对样本中的DNA进行分析。这种方法允许从混合的DNA样本中识别出多种物种的基因序列，从而揭示捕食者的饮食组成。研究结果表明，尽管历史样本的保存条件并不理想，但它们仍然提供了丰富的DNA信息，尤其是在检测捕食物DNA方面。这表明，即使在长期储存后，通过宏条形码技术仍然有可能获得有价值的生态数据。

在分析过程中，研究团队对肠道内容物进行了详细的处理，包括使用无菌工具进行解剖，并在不同时间点对样本进行质量评估。结果显示，对于历史样本，虽然在某些年份中捕食物DNA的检测比例较低，但整体而言，它们仍然能够提供足够的信息来描述捕食者所捕食的无脊椎动物群落。相比之下，新捕捉的样本虽然DNA质量更高，但在某些情况下，捕食物DNA的检测率较低，这可能与样本处理方式有关。

研究还发现，随着时间的推移，捕食物的种类和数量呈现下降趋势。这可能反映了农业景观中无脊椎动物群落的多样性正在减少，尤其是由于土地利用变化和全球变暖等长期环境因素的影响。此外，两种拟步甲的饮食结构在不同年份中发生了显著变化，特别是*Nebria salina*的捕食物组成显示出较大的年际波动。这表明，仅凭单一时间点的数据难以全面了解捕食者的饮食模式，因此需要进行长期的、连续的监测。

这项研究的意义在于，它展示了如何利用现有的昆虫标本库进行生态学研究，特别是在分析捕食者与猎物之间的相互作用方面。通过这种方法，科学家可以追溯过去几十年甚至更长时间内的生态变化，而无需进行新的、侵入性的采样活动。这对于那些已经存在但未被用于分子分析的标本来说，是一种极具潜力的资源。同时，研究还强调了保存条件对DNA质量的影响，提出了未来改进采样和保存方法的建议，以提高历史样本在分子分析中的应用效果。

此外，研究团队还讨论了在分析历史样本时可能遇到的挑战，例如潜在的污染和DNA降解问题。他们指出，虽然这些样本的保存条件可能不够理想，但通过优化实验设计和使用适当的分子技术，仍然可以获取有价值的生态数据。未来的研究可以进一步探索如何通过改进保存方法和减少污染，提高历史样本在DNA宏条形码分析中的可靠性。这不仅有助于理解捕食者的生态角色，也为评估农业景观对生态系统的影响提供了新的视角。