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为填补昆虫多样性认知空白，研究人员利用 DNA 宏条形码技术，对瑞典（203 处）和马达加斯加（50 处）的陆生节肢动物开展为期 12 个月的采样研究。获得超百万非嵌合序列变体，构建迄今最全面的区系数据集，为监测生态变化提供关键基线。
论文解读
研究背景与科学问题
昆虫占据地球宏观生物多样性的主体，在生态系统功能维持中扮演关键角色（如物质循环、传粉、分解等）。然而，当前科学认知严重滞后于其实际多样性：约 70-85% 的昆虫物种尚未被描述，而已知物种的分布、种群动态及生态功能数据也极为匮乏。近年来频发的 “昆虫衰退” 现象（如飞行昆虫生物量下降超 75%）虽引发关注，但受限于传统形态分类的低效性（如瑞典马拉硫磷陷阱项目耗时 15 年仅鉴定 0.85% 标本），全球尺度的系统性监测始终难以推进。在此背景下，开发高效、高通量的昆虫多样性研究方法，构建可对比的基线数据，成为破解生态评估困境的核心需求。
瑞典与马达加斯加因其独特的生物地理历史和气候差异，成为理想的对比研究区域：前者经历末次冰盛期后的迁徙演化，具有北温带气候和简单地形；后者长期孤立演化，拥有热带气候和复杂地貌。二者的区系异同可揭示全球节肢动物群落构建的普适规律与特异性机制。为此，瑞典自然历史博物馆（Swedish Museum of Natural History）等机构的研究团队开展了 “昆虫生物群落图谱”（Insect Biome Atlas, IBA）项目，相关成果发表于《Scientific Data》。
关键技术方法
多源样本采集：
- 瑞典：100 个站点 203 处采样点，涵盖森林、农田、湿地等 6 大生境，马拉硫磷陷阱（Malaise trap）每周采样（冬季每 2-4 周），辅以土壤和凋落物样本（各 192 份）。
- 马达加斯加：33 个森林站点 50 处采样点，仅采集马拉硫磷陷阱（每周）和凋落物样本（190 份），由公园护林员协作完成。
DNA 宏条形码分析：
- 提取样本 DNA 后，对线粒体细胞色素氧化酶亚基 1（CO1）基因的 418 bp 片段进行高通量测序（NovaSeq 6000 平台）。
- 开发 HAPP 分析流程，整合质量过滤、嵌合体去除（UCHIME）、扩增子序列变体（ASV）聚类（Swarm 算法）及分类注释（SINTAX 分类器结合自定义 CO1数据库），最终获得操作分类单元（OTU）。
数据验证与量化：
- 通过生物 Spike-ins（如蟋蟀 Gryllodes sigillatus）和合成 Spike-ins 评估检测准确性。
- 利用瑞典样本的湿生物量与标本数量校准曲线，估算总昆虫数量（瑞典 700 万，马达加斯加 170 万）。
研究结果解析
区系多样性特征
- 瑞典：698,378 条非嵌合 ASV，对应 33,989 个 OTU（99.5% 为节肢动物），分属 11 门 26 纲 97 目。分类注释显示，79% 可到科水平，50% 到属，34% 到种，60% 匹配 BOLD 生物条形码索引编号（BIN）。
- 马达加斯加：687,866 条 ASV，77,599 个 OTU（97% 为节肢动物），分属 9 门 21 纲 90 目，仅 28% 到科，4% 到属，2% 到种，9% 匹配 BIN。
生境与季节动态
- 马拉硫磷陷阱样本以双翅目（Diptera）和膜翅目（Hymenoptera）为主，马达加斯加双翅目占比更高，瑞典膜翅目更丰富。
- 土壤与凋落物样本中，螨类（Acari）和弹尾目（Collembola）占主导，显示地表与地下群落的生态位分化。
- 瑞典样本的季节波动显著（如春季膜翅目激增，秋季双翅目回落），马达加斯加因热带气候呈现更稳定的群落结构。
空间周转与采样效率
- 瑞典站点覆盖度接近饱和（物种累积曲线趋平），马达加斯加因仅采样森林生境，物种丰富度仍随站点增加而上升。
- 多陷阱站点设计（瑞典 21 个站点设 2-6 个陷阱）显示，增加局地采样强度可提升物种检测率，但对整体空间周转贡献有限。
研究结论与意义
本研究通过标准化的宏条形码流程，构建了瑞典与马达加斯加陆生节肢动物的高分辨率数据集，首次实现了跨气候带、跨演化历史的区系对比。关键结论包括：
- 方法学突破：DNA 宏条形码结合 citizen science（公民科学）采样模式，将传统分类效率提升数百倍，为全球监测网络提供可复制的技术模板。
- 基线价值：所获 OTU 数据集（含土壤微生物组关联数据）为评估气候变化、土地利用变化对昆虫群落的影响提供了时间零基准，尤其对马达加斯加等生物多样性热点地区的保护具有战略意义。
- 科学发现：揭示高纬度与热带区系在物种组成（如瑞典鳞翅目 OTU 匹配 51% 已知物种，含 8 个新记录种）、分类注释深度（热带地区因参考库缺失导致种水平注释率低）和生态位结构上的显著差异，为进化生态学与生物地理学研究提供新视角。
研究同时指出，尽管当前数据已具备较高准确性（瑞典鳞翅目过分割率 < 10%），但热带地区仍需完善 CO1参考库以提升分类精度。未来通过整合长读长测序与人工智能注释，该类数据集有望成为全球昆虫保护的核心工具，助力实现 “评估 - 监测 - 干预” 的生态管理闭环。
