扩展哺乳动物标本表型特征数据库：Ranges数字化网络推动北美西部哺乳动物表型研究新范式

针对哺乳动物标本表型特征数据数字化不足的问题，由23家机构组成的Ranges数字化网络系统性地开展了北美西部陆生哺乳动物标本表型特征（包括5-7种外部形态特征和15种繁殖特征）的数字化工作。研究建立了基于FuTRES Ontology的表型标准，通过扩展标本网络（extended specimen network）整合了超过120万份标本数据，为理解哺乳动物对环境变化的表型响应提供了重要基线数据。该成果发表于《Journal of Mammalogy》，将显著促进哺乳动物生态进化研究和保护决策。

　　

在生物多样性快速丧失的背景下，自然历史收藏的哺乳动物标本作为"时空胶囊"保存着物种表型特征的珍贵记录。然而令人遗憾的是，尽管过去三十年标本数字化取得显著进展，但绝大多数数字记录仍缺乏关键的形态、生殖和生活史特征数据。这种"表型数据缺口"严重制约了科学家理解哺乳动物对环境变化的响应机制——要知道，表型特征正是连接基因组与环境的关键媒介。

为解决这一挑战，由北卡罗来纳大学格林斯伯勒分校（University of North Carolina at Greensboro）领衔的研究团队联合22家机构，创建了Ranges数字化网络。这项发表在《Journal of Mammalogy》上的研究，首次系统性地对北美西部（涵盖美国西部18州、加拿大5省和墨西哥全境）非海洋哺乳动物标本的表型特征进行大规模数字化。研究团队从120万份标本中提取了5-7种外部形态特征（如体重、体长、附肢长度等）和15种繁殖特征（如生殖器官状态、怀孕哺乳情况等），并采用FuTRES脊椎动物性状本体论（FOVT）进行标准化处理，最终构建了首个覆盖北美西部哺乳动物的标本级表型数据库。

研究采用了三项关键技术方法：（1）基于正则表达式的文本挖掘技术，从VertNet等平台的动态属性字段中提取"隐藏"的表型数据；（2）建立哺乳动物特异性性状标准，扩展FOVT本体论以涵盖标本标签记录方式；（3）开发数据集成管道，将标准化后的表型数据与iDigBio、GBIF等平台的标本记录关联。特别值得注意的是，研究还设立了Ranges成像小额资助计划，鼓励通过CT扫描等新技术获取复杂性状数据。

【研究结果】

1. 表型数据现状分析：通过对54个收藏机构的分析发现，北美哺乳动物数字记录中仅5%包含可识别的体型数据，8%包含繁殖特征。物种层面，仅15-17%的哺乳动物有超过10个体型测量记录。

2. 标准化框架构建：扩展的FOVT本体论成功定义了30余种哺乳动物表型特征，如"脊椎高度"（FOVT:0002132）被明确定义为表征椎骨（UBERON:0002412）的体型性状（OBA:0002823）。

3. 数据网络建设：项目已整合来自23个机构的标本数据，其中蝙蝠类群特别增加了前臂长和耳屏长度测量，啮齿类则强化了繁殖状态记录标准。

4. 区域应用价值：选择北美西部作为重点区域具有特殊科学意义——该地区是理解哺乳动物适应高海拔（如Storz等研究的鹿鼠Peromyscus maniculatus）、响应气候变化（如2015-2016年特大干旱）的天然实验室。

【结论与意义】
这项研究通过建立社区驱动的表型数字化标准，成功将哺乳动物标本转化为可计算的表型数据库。正如Bryan S. McLean等作者强调的，这种"扩展标本"范式实现了三个突破：（1）使百年积累的标本表型数据能够用于大尺度分析；（2）为理解气候变暖（如Thompson等记录的2021年热浪事件）下的表型响应提供基线；（3）通过Mammal Diversity Database的协作，解决了分类学变动带来的数据整合难题。

该研究的深远意义在于：首次实现了标本表型数据的机器可读性，使研究人员能够探索传统方法难以企及的科学问题，如跨世纪尺度的表型可塑性（phenotypic plasticity）变化、性状-环境关联分析等。正如通讯作者Robert P. Guralnick指出，这项工作不仅填补了哺乳动物学研究的核心数据缺口，更为全球生物多样性观测网络（如EBVs）提供了关键的性状变量（trait variables），最终将助力于更精准的生物多样性保护和气候变化应对策略。