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全球昆虫多样性下降问题严峻，其与植物的互动数据匮乏。研究人员通过环境 DNA 宏条形码（eDNA-Metabarcoding）技术分析植物标本馆样本，发现该技术精准可靠，标本馆是研究历史生物多样性的宝库。这为理解昆虫减少机制提供关键数据。
在神奇的大自然中，昆虫可是一支不容小觑的 “大军”。它们种类繁多，是地球上最丰富多样的动物群体，在生态系统里扮演着至关重要的角色。比如，蜜蜂等昆虫忙着给植物授粉，帮助植物繁衍后代；而像毛毛虫这样的昆虫则以植物为食，参与着生态系统的物质循环。但近年来，一个令人担忧的现象出现了，全球的昆虫多样性和数量都在急剧下降，就像一场无声的危机在生态系统中蔓延。这一现象被称为 “昆虫消亡”，可导致这一现象的原因却还没有完全弄清楚，气候变暖、栖息地被破坏、农药的使用以及外来物种入侵等，都可能是背后的 “凶手”。而且，昆虫与植物的关系可是陆地食物链的基础，昆虫数量的减少必然会削弱生态系统的韧性，影响整个生态平衡。
为了深入了解昆虫多样性变化，来自德国特里尔大学（Universit?t Trier）空间与环境科学系生物地理学专业的研究人员曼努埃尔?斯托胡特（Manuel Stothut）、丽莎?马拉（Lisa Mahla）和亨里克?克雷亨温克尔（Henrik Krehenwinkel）开展了相关研究。他们的研究成果发表在《BIOspektrum》上，为我们揭示了许多关于昆虫多样性变迁的奥秘。
研究人员采用的主要关键技术方法是环境 DNA 宏条形码（eDNA-Metabarcoding）技术。该技术的大致过程是，先从研究样本，比如叶片或花朵中提取全部 DNA。由于节肢动物的 DNA 在样本中含量极少，需要利用聚合酶链式反应（PCR），使用节肢动物特异性引物，将其 DNA 进行靶向富集。之后选取细胞色素 C 氧化酶 I（COI）基因的片段，用高通量测序仪进行测序，再将测序得到的 DNA 序列与参考数据库比对，以此来确定与植物相互作用的节肢动物种类。研究中使用的样本来自不同时期和地区的植物标本馆，包括 2014 年伊朗的一个六年的机构收藏样本，以及 2005 年和 1963 年德国的两个私人植物收藏样本 。
昆虫 - 植物互动与环境 DNA 宏条形码研究
昆虫与植物的互动对生态系统的稳定和功能至关重要，但以往这类研究存在诸多困难。传统的观察方法很难全面准确地捕捉到它们之间复杂的关系。环境 DNA 宏条形码技术的出现带来了新的希望。昆虫在与植物互动时会留下 DNA 痕迹，利用该技术可以识别这些痕迹。研究发现，基于 eDNA 的昆虫群落分析与传统相机陷阱观察结果相比，能检测出 90% 的互动，且比传统拍打植被的方法更能精确反映植物上的节肢动物群落。这表明 eDNA 分析技术快速、准确又经济。
植物标本馆：通往过去的窗口
植物标本馆收藏着大量干燥、存档的植物样本，这些样本历史悠久，来自世界各地。研究人员推测，在标本馆适宜的保存条件下，昆虫留在植物上的 eDNA 可能长期稳定存在。于是，他们对不同时期和地区的标本馆样本进行了 eDNA 宏条形码分析。结果令人惊喜，即使是存放多年的植物标本，依然能检测到许多节肢动物的 eDNA，如蚜虫、蝴蝶、甲虫、蜘蛛和黄蜂等。其中，吸食性昆虫如蚜虫的 eDNA 相对较多，而授粉昆虫如蜜蜂和蝴蝶则较少，这可能与它们和植物接触的时间长短有关。
eDNA 分析准确性验证
为了验证从标本馆样本中获取的数据准确性，研究人员进行了多方面的验证。一方面，他们检查检测到的节肢动物种类是否来自植物的采集地。例如，只在伊朗样本中检测到了伊朗特有的寄生蜂 Psix saccharicola，这与该物种的地理分布相符。另一方面，研究已知的专性昆虫是否只在其特定寄主植物上被检测到。像小君主蝶 Danaus chrysippus，只在其寄主植物上被发现，还有其他单食性昆虫也是如此。此外，研究人员还观察到了三营养级的互动，如在欧洲羊角芹（Aegopodium podagraria）上发现了专性寄生在伞形科植物上的蚜虫 Cavariella aegopodii 及其寄生蜂 Binodoxys brevicornis。同时，对伊朗牛角瓜（Calotropis procera）样本不同部位的分析发现，花朵和叶片上的物种群落存在明显差异。
研究结论与讨论
研究结果表明，环境 DNA 宏条形码技术是分析节肢动物群落极为可靠的方法，甚至在精度上超越了传统的检测方法。植物标本馆是研究历史生物多样性模式的宝贵资源，它就像一个天然的 eDNA 收集器，保留了采样时的动物群落信息，为研究过去的昆虫 - 植物互动提供了独特视角。通过对标本馆样本的研究，虽然目前只是初步窥探到潜在的物种光谱，但未来更大规模的研究，如对中欧草原节肢动物群落生物同质化问题的研究，以及对食物链复杂性变化的分析等，有望更深入地揭示节肢动物群落的长期发展和变化，以及它们与植物的互动关系。这些研究对于理解中欧地区昆虫数量减少的原因和机制至关重要，能为保护昆虫多样性和维护生态平衡提供关键的数据支持和理论依据，让我们在保护大自然生物多样性的道路上迈出更坚实的一步。
