2019 年8月，那場(chǎng)破紀(jì)錄的亞馬孫雨林大火不僅使氣候和環(huán)境學(xué)家們痛心，也“燒”到了朱朝東的心頭。他擔(dān)心的是，超過(guò)80萬(wàn)公頃雨林植被的消失，那些依附于植被生存的昆蟲、微生物等生物類群也可能面臨“滅頂之災(zāi)”。

“理論上講，成千上萬(wàn)個(gè)物種及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響重大的功能可能一下子就消失了，再想恢復(fù)它，就不是一件容易的事情，但學(xué)術(shù)界還需要數(shù)據(jù)支撐。”從事昆蟲學(xué)研究20 余年的中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員朱朝東告訴記者。

不過(guò)，最近來(lái)自另一個(gè)森林的植物和昆蟲多樣性數(shù)據(jù)或許能作為一個(gè)支撐和依據(jù)。

近日，朱朝東團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國(guó)哥廷根大學(xué)Andreas Schuldt 團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院植物研究所馬克平團(tuán)隊(duì)，在位于江西省德興市新崗山鎮(zhèn)的亞熱帶森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能實(shí)驗(yàn)研究（BEF-China）有了新發(fā)現(xiàn)。

研究人員以植食性昆蟲中的鱗翅目幼蟲作為主要研究對(duì)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，植物物種多樣性的喪失能夠顯著地影響鱗翅目幼蟲的數(shù)量、物種多樣性，還能顯著影響植食性昆蟲群落整體系統(tǒng)發(fā)育多樣性。重要的是，植物多樣性能夠間接地通過(guò)鱗翅目幼蟲的數(shù)量影響其多樣性。相關(guān)成果近日發(fā)表于《生態(tài)學(xué)學(xué)報(bào)》。

“追根溯源”全面理解生物多樣性

森林，蘊(yùn)含著巨大的生物量，是獨(dú)一無(wú)二的生物多樣性寶庫(kù)。

生物多樣性指標(biāo)包括物種多樣性、功能多樣性和系統(tǒng)發(fā)育多樣性。在以往的森林生態(tài)系統(tǒng)研究中，后兩者并未得到足夠重視。

朱朝東研究員解釋，物種多樣性是一種“現(xiàn)生”格局，即當(dāng)前物種的數(shù)量與豐富度如何。同時(shí)，在群落中，根據(jù)不同的貢獻(xiàn)，生物被劃分為不同的生態(tài)功能群，如生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者等。功能多樣性是基于測(cè)定生物功能性狀最終計(jì)算得出，是連接生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵性因素。

系統(tǒng)發(fā)育多樣性則是基于系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，即不同生物類群的進(jìn)化歷史，對(duì)某一特定時(shí)間、空間尺度內(nèi)生物類群的獨(dú)特性或多樣性等進(jìn)行評(píng)估的重要指標(biāo)。系統(tǒng)發(fā)育多樣性是一種進(jìn)化歷史視角，展示不同生物在“系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)”上的位置和相關(guān)關(guān)系。

“系統(tǒng)發(fā)育多樣性指標(biāo)可以幫助識(shí)別具有豐富進(jìn)化歷史的優(yōu)先保護(hù)區(qū)域，為優(yōu)化設(shè)置自然保護(hù)區(qū)和制定生物多樣性保護(hù)策略等提供支撐?！敝斐瘱|表示。

森林生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)復(fù)雜而多樣，森林生態(tài)系統(tǒng)功能也因不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物類群的改變而改變。

中國(guó)科學(xué)院植物研究所副研究員張乃莉認(rèn)為，一般情況下，植物多樣性越高，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高，其抵抗病原菌、害蟲的能力越強(qiáng)，生產(chǎn)力也越高。

然而，以往相關(guān)研究大多重點(diǎn)關(guān)注植物物種多樣性單一營(yíng)養(yǎng)級(jí)層面上的影響，而對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的關(guān)注度不夠。張乃莉說(shuō)：“事實(shí)上，在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，植物、昆蟲、微生物等這些具有不同功能的物種群落在食物網(wǎng)中相互耦聯(lián)、有機(jī)結(jié)合，它們的影響舉足輕重。若只關(guān)注一個(gè)層面，難免無(wú)法全局理解生態(tài)系統(tǒng)功能?！?/p>

近十年來(lái)，多營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物互作機(jī)制與影響逐漸成為熱點(diǎn)問(wèn)題。已有研究發(fā)現(xiàn)，植物多樣性的喪失能夠顯著導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)中消費(fèi)者多度和豐富度下降。

昆蟲綱作為動(dòng)物類群中最為龐大的綱，其多樣性在生態(tài)系統(tǒng)中的角色更為重要。朱朝東表示，昆蟲物種豐富，分布范圍廣泛，適應(yīng)于多種生境類型，對(duì)棲息地變化敏感，是生物多樣性保護(hù)管理與評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指示類群之一。

在昆蟲家族中，植食性昆蟲約占40%～50%，是昆蟲中最龐大的功能群。植食性昆蟲群落深受植物多樣性變化的影響，但如何影響、影響程度等機(jī)制尚不清楚。

朱朝東表示，建立植物和植食性昆蟲兩層營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的多重多樣性指標(biāo)，包括物種多樣性、功能多樣性和系統(tǒng)發(fā)育多樣性，以此來(lái)理解它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和互作機(jī)制，將有助于人們認(rèn)識(shí)到，在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的相互作用過(guò)程中，不同的生物多樣性指標(biāo)到底扮演著何種角色，以及究竟哪種多樣性指標(biāo)影響更顯著等。這也為未來(lái)實(shí)施生物多樣性保護(hù)和昆蟲多樣性監(jiān)測(cè)提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。

物種保護(hù)要關(guān)注歷史與功能

BEF-China是迄今為止世界上最大的以樹(shù)種為主的多樣性實(shí)驗(yàn)樣地，由中科院植物所研究員馬克平團(tuán)隊(duì)聯(lián)合瑞士、德國(guó)的生態(tài)學(xué)家共同建立，樣地設(shè)計(jì)有從純林到24個(gè)物種混交林的6 種植物多樣性梯度。

自2017年至今，朱朝東團(tuán)隊(duì)在該實(shí)驗(yàn)樣地按照樹(shù)種多樣性梯度已連續(xù)開(kāi)展9 次鱗翅目幼蟲采集。在他看來(lái)，該平臺(tái)不僅有助于從整體上把握該地區(qū)昆蟲多樣性的情況，還有助于研究植物多樣性喪失對(duì)相應(yīng)的昆蟲類群甚至整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)功能會(huì)造成何種影響。

論文第一作者、朱朝東團(tuán)隊(duì)博士生王明強(qiáng)主要實(shí)施并完成了采集研究工作。他們用振布法共收集鱗翅目幼蟲8471頭。隨后，在實(shí)驗(yàn)室完成所有鱗翅目幼蟲的DNA條形碼COI 基因序列測(cè)定，并基于此快速有效地實(shí)現(xiàn)了幼蟲的物種界定。

為了校正鑒定結(jié)果，研究人員還同步在樣地通過(guò)燈誘法采集部分蛾類成蟲，并將幼蟲與成蟲的COI 基因序列進(jìn)行整合，重建了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，以此獲得了在不同植物多樣性樣方中的鱗翅目幼蟲多度、物種多樣性和系統(tǒng)發(fā)育多樣性等指標(biāo)。

這些被認(rèn)為是迄今為止，大規(guī)模的植物—植食者相互作用分析中很少納入的指標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系在一定程度上決定了寄主植物群落的改變對(duì)植食者群落產(chǎn)生的影響。換言之，植物多樣性的歷史形成過(guò)程，顯著影響著植食性功能昆蟲群的形成與分化。

此外，植物的系統(tǒng)發(fā)育多樣性在鱗翅目幼蟲親緣關(guān)系相近的類群分化中扮演了重要的角色。樹(shù)木物種多樣性、功能多樣性和系統(tǒng)發(fā)育多樣性，能夠協(xié)同影響鱗翅目幼蟲的物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性。

“在生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中納入更廣泛的多樣性指標(biāo)，可以幫助人們更全面理解不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物多樣性變化而產(chǎn)生一系列生態(tài)學(xué)效應(yīng)?！敝斐瘱|說(shuō)。

該研究還對(duì)當(dāng)前全球昆蟲數(shù)量不斷下降帶來(lái)的諸多不良后果發(fā)出了“警示”：植物和植食者群落之間系統(tǒng)進(jìn)化上具有依賴關(guān)系，它們同時(shí)能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。

朱朝東表示，生物多樣性保護(hù)，實(shí)則是要保護(hù)相互作用、相互依存的物種所在的生境，要多關(guān)注生物的系統(tǒng)發(fā)育多樣性和功能多樣性；保護(hù)功能類群，最主要的是保護(hù)植物多樣性。

未來(lái)仍具挑戰(zhàn)

朱朝東坦承，在調(diào)查研究中，最大的挑戰(zhàn)是昆蟲的采樣和鑒定工作，特別是幼蟲的鑒定。

傳統(tǒng)的昆蟲物種鑒定，需要科學(xué)家依據(jù)形態(tài)學(xué)分類方法進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性鑒定，工作量大，且效率和精度低。朱朝東表示，尤其對(duì)于鱗翅目幼蟲來(lái)說(shuō)，其幼蟲與成蟲形態(tài)完全不一樣，據(jù)此鑒定物種幾乎是不可能完成的任務(wù)。得益于分子手段的發(fā)展，才使鑒定變得稍顯“輕松”、高效，并在較短的時(shí)間內(nèi)就能獲得較大數(shù)據(jù)量。

王明強(qiáng)每年都參與新崗山的考察采樣工作，去年6月，他們每天要在大約400 棵樹(shù)上進(jìn)行采集，用了11 天便完成了兩塊樣地的全部采集工作。其間苦樂(lè)相伴，夏日的雨季氣候酷熱、地面濕滑，常與蚊子、毒蛇相伴。但這一時(shí)期也正是一年中蟲量最多的時(shí)候，每當(dāng)看到逐漸積累的樣本，他們就興奮不已，“付出的一切，都是值得的”。

物種鑒定的前提，需要長(zhǎng)期的定位監(jiān)測(cè)，但這恰恰是我國(guó)當(dāng)前昆蟲資源調(diào)查和保護(hù)的短板?！拔覈?guó)昆蟲資源保護(hù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的昆蟲多樣性監(jiān)測(cè)手段和技術(shù)局限性凸顯?！痹隈R克平的多年努力下，中國(guó)科學(xué)院組織并支持了生物多樣性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展包括昆蟲多樣性在內(nèi)的多類群監(jiān)測(cè)工作。

朱朝東呼吁，亟待在不同的生態(tài)帶推廣BEF-China 樣地的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展多個(gè)功能類群的多樣性監(jiān)測(cè)；盡快建立和執(zhí)行我國(guó)昆蟲各類群的監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（包括數(shù)據(jù)管理與分析規(guī)范），制訂全面建設(shè)全國(guó)性昆蟲多樣性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)公共信息平臺(tái)。

事實(shí)上，長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，也為研究昆蟲生態(tài)功能及其與其他生物類群的相互作用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐?！跋乱徊剑覀儗⒃谏钊胙芯恐参锖椭彩承岳ハx之間互作關(guān)系的基礎(chǔ)上，拓展到三級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，進(jìn)一步了解生物多樣性與不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)物種之間的內(nèi)在關(guān)系與產(chǎn)生的一系列生態(tài)學(xué)效應(yīng)。”朱朝東說(shuō)。