《Trends in Ecology & Evolution》：How can natural history museums help nature recover?
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这篇综述系统阐述了自然历史博物馆（NHM）在应对生物多样性危机中的多重角色。文章通过物种、群落和生态系统三个层次的保护干预（Conservation Interventions）框架，详细分析了博物馆藏品（Natural History Collections）在诊断种群衰退原因（如蛋壳变薄）、重建历史分布、支持环境DNA（eDNA）监测以及推动公众科学（Citizen Science）等方面的关键价值，并指出了数字化（Digitisation）和生物样本库（Biobanking）等未来发展方向。
自然历史博物馆与生物多样性危机
我们正处于一场生物多样性危机之中，人类活动正以地球历史上前所未有的速度重塑自然。应对这些影响需要积极的保护干预来帮助自然恢复。保护科学对于提供知识基础以支持自然恢复干预至关重要。自然历史博物馆全球界近期已公开承诺，将在帮助解决生物多样性危机方面发挥更积极的作用，超越其传统的生物多样性描述角色。这些承诺反映了人们日益认识到，自然历史藏品通常能通过时间和空间提供关于生物多样性变化的独特视角。
博物馆在自然恢复中的作用？
为了厘清自然历史博物馆在自然恢复中的作用，我们首先将保护视为一个干预层次结构。物种层面的干预旨在帮助受关注的物种/种群恢复。群落层面的干预旨在恢复关键功能群及其相关的功能过程（例如，传粉网络）。全系统层面的干预，如生态系统恢复和再野化，旨在长期帮助自我维持的生态系统的恢复。
物种层面干预
濒危物种通常因人类活动而经历种群显著下降和分布范围收缩。博物馆藏品在这一过程中可以发挥重要作用。
博物馆帮助诊断了种群下降的原因。一个经典例子是猛禽的蛋壳变薄。上世纪中叶，欧洲和北美报告了猛禽种群的广泛下降。原因最终被证明是导致蛋壳变薄的农业杀虫剂，这降低了繁殖成功率并导致鸟类种群下降。自然历史收藏中的蛋提供了关键证据，表明蛋壳变薄与杀虫剂的使用同时发生——杀虫剂使用前唯一的蛋来源来自博物馆，这些蛋的蛋壳明显更厚。所涉杀虫剂随后被禁用，猛禽种群得以恢复。
博物馆标本是关于物种过去空间位置的极其丰富的信息来源。这些数据与当代信息结合，可用于模拟分布以识别范围限制，量化与环境变化相关的范围变化，并根据历史分布识别潜在的物种易地/再引入地点。
濒危物种通常经历过显著的种群瓶颈——种群急剧下降后以非常小的规模持续数年。这一过程减少了遗传变异，并使种群面临近交的潜在有害影响。基因组数据的快速增长以及我们从博物馆标本生成基因组的能力，正在革新我们对这些过程的理解，使我们能够观察长期的基因组变化。最近的例子揭示了全基因组范围内变异性的显著丧失。虽然遗传拯救提供了解决这些问题的方法，但它依赖于额外的遗传变异来源，而这些来源通常无法从野生或迁地保护种群中获得。从长远来看，基因编辑技术可能在帮助恢复丢失的变异方面发挥作用，在这种情况下，来自自然历史标本的历史基因组可能提供关键的序列信息来指导编辑。
群落层面干预
近年来，人们越来越关注利用自然历史收藏研究物种相互作用的变化，包括宿主-微生物生态学、植食性以及植物-传粉者相互作用等。我们以昆虫传粉者（全球关注的保护问题）为例，说明藏品如何被整合到旨在帮助（传粉者）群落恢复的研究中。
人们对全球昆虫传粉者的丧失及其对生物多样性和生态系统功能、粮食安全和人类福祉的影响表示广泛担忧。几位作者已经认识到自然历史收藏在理解和解决这种传粉者丧失方面可能发挥的作用。Bartomeus等人指出，收藏通常是识别传粉者下降的历史基线的唯一潜在来源。Johnson等人展示了如何从植物标本馆标本上的花粉重建传粉网络。尽管收藏及其数据不可避免地包含错误和偏差，但这些问题至少可以在一定程度上得到解决。此外，技术进步，特别是在分子生物学方面，正在为研究物种相互作用开辟新的机会，这可以包括整合收藏。
如果关键的组成物种灭绝，物种相互作用可能会完全消失。其中一个例子涉及许多海洋岛屿系统中巨龟及其生态功能（如植食性、种子传播）的消失。在这种情况下，可以使用替代物种——执行类似生态功能的现存近缘物种——来恢复物种相互作用。自然历史收藏，特别是历史档案和文献，一直是发展替代物种保护案例的重要组成部分，因为它们通常是现已灭绝物种生态信息的唯一来源。这表明自然历史收藏在自然恢复中的价值超越了标本及其相关数据，还包括历史档案和文献。
全系统干预
虽然生态系统恢复和再野化的目标和方法常常不同，但两者都旨在帮助退化的生态系统及其生物多样性恢复。在过去十年中，环境DNA（eDNA）已迅速发展成为生物多样性监测的工具，包括探索其在再野化等全系统干预中的潜在作用。其力量在于它有可能通过分子方法从环境样本（例如，宏条形码技术）中快速识别多个分类群。识别依赖于将环境样本中回收的DNA序列与来自凭证标本或组织的参考序列进行匹配。因此，识别的准确性和可靠性受到可用参考材料的限制。几位作者已经认识到，自然历史收藏可以为参考材料提供经过策展的来源和档案，以推动eDNA方法的发展。最近的工作还表明，形态学数据可以补充eDNA，以提高生物多样性监测数据的质量；而收藏是形态学数据的明显来源。研究还表明，eDNA方法可以应用于博物馆标本，这提出了利用现有收藏生成历史生物多样性基线，以及有目的地设计新收藏以支持未来eDNA研究的可能性。这些观察结果表明，博物馆在使用eDNA进行生物多样性监测方面未来将发挥重要作用。
公众参与
实现自然恢复需要全社会的参与，自然历史博物馆在让公众参与与保护相关的挑战及其潜在解决方案方面发挥着不可或缺的作用——例如，通过画廊和在线内容，以及以收藏为主导的核心保护技能教学，如分类学、物种识别和生物多样性监测。
博物馆通过公民科学/社区科学让社区和个人直接参与保护研究方面有着悠久的历史。社区科学在自然保护中的作用有充分证据支持，从追踪物种分布和种群趋势到为保护红色名录、政策制定和土地管理提供信息。作为共同利益，数据显示参与可以增强贡献者的保护知识和行为，以及他们与自然的更广泛联系。
由自然历史博物馆召集的社区科学项目在我们概述的干预层次结构中都有贡献，但目前在系统层面运作的项目相对较少。Ballard等人对44个博物馆主导项目的回顾确定了四类项目：一次性生物多样性调查活动（例如，生物多样性快速评估），持续的物种监测项目，有时间限制的保护研究，以及旨在从数字化标本收藏中提取相关数据的计划。他们的研究强调，保护成果包括研究和教育、地点和物种管理以及制定和应用保护政策。
虽然博物馆主导的社区科学项目涵盖多个生态系统，但许多项目基于城市环境；这部分反映了博物馆的实际地理位置，但也认识到城市空间和人对自然恢复的更广泛重要性。例如，美国洛杉矶的BioSCAN和SuperProject结合了野外采样和数字生物多样性监测，收集全市范围的物种出现数据。这有助于建立对物种多样性和分布以及城市化生态影响的理解。全球城市自然挑战赛每年四月让当地社区参与城市间的生物多样性快速评估竞赛，目标是通过iNaturalist应用程序收集生物多样性观察数据。所得数据已被用于为地方保护政策和实践提供信息。
迄今为止，大多数博物馆主导的社区科学项目侧重于生成或动员生物多样性数据以供后续保护应用。显然存在一个机会，可以更好地整合直接保护行动，弥合保护科学与实地自然恢复之间的差距。
障碍与机遇
自然历史收藏有潜力通过以下方式支持自然恢复的科学基础：（i）帮助识别种群、群落和整个系统如何以及为何发生变化，并设计保护干预措施以应对这些变化；（ii）有目的地设计未来的收藏以支持保护监测和行动。
尽管有这种潜力，但将自然历史收藏和基于收藏的研究整合到主流保护科学及其应用中最多也只是零星的。如何改善这种情况？
更有效整合的主要障碍是获取收藏数据，无论是标本元数据还是次级数据（如DNA数据）。大多数标本及其所属的收藏无法通过数字方式发现，这使得在某些情况下几乎不可能将博物馆标本整合到保护科学项目中。这是自然历史收藏更广泛研究使用的一个障碍，目前正通过大规模数字化计划解决。我们需要在国家层面和全球范围内，改进对自然历史收藏作为关键生物多样性研究基础设施的认可和支持。
虽然全球收藏的数字统一将是一个重大进步，但重要问题仍然存在。主要为分类学目的开发的收藏通常缺乏生态学研究要求的采样严谨性，因此收藏包含若干偏差来源。如果收藏要更全面地融入支持自然恢复的科学，更详细地理解这些偏差至关重要。
主要收藏和基于收藏的研究机构集中在全球北方，造成了知识不对称，而数字化只能部分解决这个问题。如果要妥善应对全球生物多样性危机，需要在生物多样性高度丰富的国家大力投资自然历史收藏以及策展和研究专业知识，并扩大国际合作。
分子方法是博物馆在保护干预层次结构中发挥作用的关键部分。虽然数字化将通过提高标本的可发现性来帮助将其更好地整合到基于分子的研究中，但我们还需要额外的发展。首先，我们需要进一步的基于收藏的研究，以继续开发可应用于各种标本和保存方法的分子方案和工作流程，并支持更广泛研究界的使用。其次，我们需要为自然生物样本库制定愿景，并投资于现在和未来分子就绪收藏所需的设施。这将需要博物馆界的领导，以确保自然生物样本库与分类学和系统学专业知识相结合。
一个新兴的机会是博物馆作为通过地方和景观尺度自然恢复倡议收集的物理和数字样本的开放存储库的潜在角色，包括由社区科学家收集的样本——例如，声音记录、环境和基因组样本，并辅以相关的社区参与和培训活动的扩展。这将延续志愿者参与收藏发展的长期传统，但重点放在物理和数字收藏上，这些收藏将有助于建立当代保护参考，作为理解未来变化的基础。
结论性评述
自然历史博物馆在帮助自然从生物多样性危机中恢复方面可以发挥重要作用，但要充分发挥其潜力，需要进一步的研究和投资。我们需要将博物馆视为生物多样性研究基础设施的关键部分，并相应地发展它们。这并非贬低或低估它们对基础分类学和系统学的长期贡献。这只是认识到，应对生物多样性危机将要求博物馆扮演更广泛的角色。博物馆和科学界也需要更清晰地相互理解各自的需求以及合作的可能机会。
应对生物多样性危机被广泛认为是人类面临的主要挑战之一。要取得成功，我们需要广泛的机构各尽其责。自然历史博物馆在帮助我们探索地球生命的多样性和演化方面一直非常重要。它们现在在帮助自然从持续且重大的人类影响中恢复方面扮演着关键角色。
