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蝴蝶遷徙的秘密，寫在花粉上

蝴蝶


蝴蝶遷徙的秘密，寫在花粉上


通過研究附著在彩蝶身上的花粉粒（上圖所示） ， 科學家們追蹤了這種昆蟲在幾個大陸上的多代遷徙 。來源：ENNIO BORGATO/INURALIST
據《Knowable Magazine》（Saugat Bolakhe）：在比利時伊佩爾一個溫暖的夏日早晨，66歲的西爾萬·庫維利耶和他14歲的孫女走進他盛開的花園，希望能認出并數出所有飛舞的蝴蝶 。其他時候，他通過網捕蝴蝶樣本來幫助科學家 。然后，他使用GPS記錄每次觀測的位置 ， 將其記錄在Excel數據庫中，有時還會將樣本發送給他的學術同事，他們將分析附著在昆蟲身體上的花粉粒 。
由Cuvelier等公民科學家收集的這些微小的花粉粒正在幫助研究人員研究一個迄今為止在很大程度上難以理解的過程：昆蟲在多代人的過程中在全球范圍內移動的遷徙模式 。
利用花粉 ， 科學家們已經能夠確定單個蝴蝶的遷徙起點 ， 甚至推斷出可能引發它們遷徙的事件 。這些知識可能有助于環保主義者更好地了解氣候變化的一些影響——不僅對昆蟲本身，而且對它們的遷徙和棲息的生態系統 。
許多昆蟲一生都在一個地方度過 。許多其他鳥類和許多鳥類一樣，為了躲避惡劣天氣、尋找食物或繁殖而遷徙 。一些估計表明，每年有數萬億只昆蟲在全球范圍內遷徙，但科學家們對它們的去向或如何到達那里知之甚少 。
追蹤昆蟲遷徙并不像追蹤鳥類或哺乳動物那樣簡單 ?？死品虿ㄌm科學院的分子生態學家Tomasz Suchan說 ， 對于鳥類，“你可以在腿上掛一個環或使用無線電跟蹤 ， 很容易證明它們從a點移動到B點 。” 。但大多數昆蟲太小，這些技術無法成功 。
在北美，研究人員在追蹤帝王蝶方面取得了一些成功，帝王蝶以其從加拿大南部和美國北部到墨西哥中部的顯著遷徙而聞名 。20世紀90年代初 ， 君主觀察公民科學倡議開始在落基山脈周圍標記蝴蝶 。超過200萬只帝王蝶被標記 ， 據報道，在墨西哥有19000多只帝王蝶聚集在一起過冬 。這有助于生物學家追蹤它們的遷徙路線 。
然而，沒有這種明確聚集的蝴蝶更難追蹤 。例如，歐洲秋天經常出現彩蝶，有時數量很多 。巴塞羅那植物研究所的昆蟲學家杰拉德·塔拉維拉說：“然后它們消失了，我們真的不知道它們去了哪里 ?！?。
幾年前，Talavera和他的團隊意識到，通過研究蝴蝶身上積累的花粉，他們可能能夠間接追蹤蝴蝶 。每當一只蝴蝶造訪一朵花喝一口花蜜時，它也會采集花粉粒 。如果研究人員能夠從花粉中識別出植物，確認植物在何時何地開花，并在蝴蝶到達不同地理區域時繼續追蹤它們，也許他們可以追蹤蝴蝶的整個旅程 。塔拉維拉說：“這種方法就像我們在它們身上安裝了GPS 。” ?！耙驗槲覀儾荒苓@樣做，所以這是我們能做的最接近的事情 ?！?br>花粉遷移圖
科學家們在2019年測試了這一想法，當時彩繪女性經歷了零星的人口激增 。同年3月，隨著大批蝴蝶出現在中東和地中海，公民科學家們采集了蝴蝶樣本，然后將其保存在酒精混合物中，并將其運到塔拉維拉的實驗室 。
在那里，研究人員分離了附著在蝴蝶身上的花粉粒，并對花粉DNA的特定片段進行了測序，該片段為每種植物物種提供了獨特的特征，這一過程被稱為元條形碼 。一直以來，隨著蝴蝶數量的激增在接下來的幾個月里逐漸蔓延到東歐、北歐和西歐，并于11月初到達摩洛哥南部，公民科學家們一直在收集蝴蝶樣本 。
研究人員分析了七個月內從10個不同國家收集的264只蝴蝶的花粉，確定了398種不同的植物 ， 可以用來追蹤蝴蝶在一年中的運動 。由此，他們發現，在俄羅斯、斯堪的納維亞和波羅的海國家觀察到的成群蝴蝶可能是源自阿拉伯和中東激增的蝴蝶的后代 。這似乎已經蔓延到東歐，然后是斯堪的納維亞半島，然后是西歐，導致英國、法國和西班牙的人口明顯激增 。從那里開始，蝴蝶可能已經遷徙到摩洛哥南部 ， 可能會繼續前往熱帶非洲，完成它們的年度周期 。
花粉記錄甚至暗示了2019年彩繪女士突然變得如此豐富的原因 。在種群數量激增之初，從地中海東部采集的蝴蝶攜帶著主要在阿拉伯北部和中東的半干旱灌木叢、草原和鹽沼中發現的植物物種的花粉 。通過檢查衛星圖像，研究人員注意到，從2018年12月到2019年4月，這些植物在經歷了一段異常強降雨后，生長速度大幅提高 。研究人員推測，這種快速增長可能為蝴蝶的覓食和繁殖提供了理想的條件 ， 引發了種群爆炸，并產生了影響多代人的連鎖反應 。
Talavera和他的團隊也使用花粉特征來追蹤其他蝴蝶的運動 。例如，2013年，在法屬圭亞那的南美洲海岸發現了彩蝶 。彩繪女士通常不住在南美洲，她們來自哪里是個謎 。十年后，Talavera的團隊從保存完好的蝴蝶體內采集了花粉，發現Guiera senegalensis是一種僅在撒哈拉以南非洲發現的常見植物，是迄今為止附著在這些蝴蝶身上最常見的花粉類型 。
通過分析沿海調查、風向、花粉和環境條件，他們證實，蝴蝶可能在從非洲連續飛行的八天內橫渡大西洋 。這一發現標志著昆蟲穿越大西洋的第一個經過驗證的實例 。
德克薩斯州農工大學生物學家、《昆蟲學年鑒》上一篇關于蝴蝶遷徙神經生物學的文章的合著者克里斯汀·梅林說：“使用花粉元條形碼來追蹤每一代蝴蝶的來源以及它們如何在這個周期中進化 ， 這是一種非常新穎的方法 ?！?。她指出，由于這種方法可以識別單個植物物種，因此比追蹤昆蟲化學成分區域變化的標準方法同位素特征分析具有更高的精度 。
雖然彩繪女士可以作為理解昆蟲遷徙的模型系統 ， 但研究人員表示，他們相信這種方法可以適用于追蹤其他積極訪問花朵采集花蜜的遷徙傳粉者，包括其他蝴蝶、紫腹果蠅、黃蜂、甲蟲和飛蛾 。
面對氣候變化 ， 追蹤昆蟲的遷徙路線可能變得越來越重要，因為除了花粉外，這些昆蟲還可能攜帶真菌疾病 。事實上 ， Suchan在一些蝴蝶身上發現了許多種類的真菌 。已知約有1000種真菌會影響昆蟲，19000多種真菌會影響作物 。因此，遷徙的昆蟲可能會將這些真菌疾病傳播到各大洲，對生態系統和經濟構成風險 。Talavera、Suchan及其同事希望，利用花粉特征繪制不斷變化的遷移模式 ， 有助于預測真菌疾病爆發的地點 。
與此同時，Cuvelier希望繼續和他的孫女一起數蝴蝶 。他說，生態學家將越來越需要更多的“大數據”來理解大規模現象 。他說 ， 沒有公民科學家，“研究人員不可能收集這樣的數據庫 ?！?br>此外，他補充道 ， 年輕人從公民科學中學到的不僅僅是如何捕捉蝴蝶 。“他們了解自然，”他說，“這培養了他們對世界的好奇心 ?！?br/>