植物消失背后的昆蟲之殤

2019 年8月，那場破紀錄的亞馬孫雨林大火不僅使氣候和環境學家們痛心，也“燒”到了朱朝東的心頭。他擔心的是，超過80萬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”。

“理論上講，成千上萬個物種及其對生態系統影響重大的功能可能一下子就消失了，再想恢復它，就不是一件容易的事情，但學術界還需要數據支撐。”從事昆蟲學研究20 余年的中國科學院動物研究所研究員朱朝東告訴記者。

不過，最近來自另一個森林的植物和昆蟲多樣性數據或許能作為一個支撐和依據。

近日，朱朝東團隊聯合德國哥廷根大學Andreas Schuldt 團隊、中國科學院植物研究所馬克平團隊，在位于江西省德興市新崗山鎮的亞熱帶森林生物多樣性與生態系統功能實驗研究（BEF-China）有了新發現。

研究人員以植食性昆蟲中的鱗翅目幼蟲作為主要研究對象，結果發現，植物物種多樣性的喪失能夠顯著地影響鱗翅目幼蟲的數量、物種多樣性，還能顯著影響植食性昆蟲群落整體系統發育多樣性。重要的是，植物多樣性能夠間接地通過鱗翅目幼蟲的數量影響其多樣性。相關成果近日發表于《生態學學報》。

“追根溯源”全面理解生物多樣性

森林，蘊含著巨大的生物量，是獨一無二的生物多樣性寶庫。

生物多樣性指標包括物種多樣性、功能多樣性和系統發育多樣性。在以往的森林生態系統研究中，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“現生”格局，即當前物種的數量與豐富度如何。同時，在群落中，根據不同的貢獻，生物被劃分為不同的生態功能群，如生產者、消費者、分解者等。功能多樣性是基于測定生物功能性狀最終計算得出，是連接生物多樣性和生態系統功能的關鍵性因素。

系統發育多樣性則是基于系統發育關系，即不同生物類群的進化歷史，對某一特定時間、空間尺度內生物類群的獨特性或多樣性等進行評估的重要指標。系統發育多樣性是一種進化歷史視角，展示不同生物在“系統發育樹”上的位置和相關關系。

“系統發育多樣性指標可以幫助識別具有豐富進化歷史的優先保護區域，為優化設置自然保護區和制定生物多樣性保護策略等提供支撐。”朱朝東表示。

森林生態系統的組成與結構復雜而多樣，森林生態系統功能也因不同營養級生物類群的改變而改變。

中國科學院植物研究所副研究員張乃莉認為，一般情況下，植物多樣性越高，生態系統的穩定性越高，其抵抗病原菌、害蟲的能力越強，生產力也越高。

然而，以往相關研究大多重點關注植物物種多樣性單一營養級層面上的影響，而對其他營養級生物的關注度不夠。張乃莉說：“事實上，在整個生態系統中，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中相互耦聯、有機結合，它們的影響舉足輕重。若只關注一個層面，難免無法全局理解生態系統功能。”

近十年來，多營養級生物互作機制與影響逐漸成為熱點問題。已有研究發現，植物多樣性的喪失能夠顯著導致生態系統中消費者多度和豐富度下降。

昆蟲綱作為動物類群中最為龐大的綱，其多樣性在生態系統中的角色更為重要。朱朝東表示，昆蟲物種豐富，分布范圍廣泛，適應于多種生境類型，對棲息地變化敏感，是生物多樣性保護管理與評價的關鍵指示類群之一。

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、影響程度等機制尚不清楚。

朱朝東表示，建立植物和植食性昆蟲兩層營養級生物的多重多樣性指標，包括物種多樣性、功能多樣性和系統發育多樣性，以此來理解它們之間的內在聯系和互作機制，將有助于人們認識到，在不同營養級生物的相互作用過程中，不同的生物多樣性指標到底扮演著何種角色，以及究竟哪種多樣性指標影響更顯著等。這也為未來實施生物多樣性保護和昆蟲多樣性監測提供強有力的理論依據。

物種保護要關注歷史與功能

BEF-China是迄今為止世界上最大的以樹種為主的多樣性實驗樣地，由中科院植物所研究員馬克平團隊聯合瑞士、德國的生態學家共同建立，樣地設計有從純林到24個物種混交林的6 種植物多樣性梯度。

自2017年至今，朱朝東團隊在該實驗樣地按照樹種多樣性梯度已連續開展9 次鱗翅目幼蟲采集。在他看來，該平臺不僅有助于從整體上把握該地區昆蟲多樣性的情況，還有助于研究植物多樣性喪失對相應的昆蟲類群甚至整個森林生態系統功能會造成何種影響。

論文第一作者、朱朝東團隊博士生王明強主要實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，在實驗室完成所有鱗翅目幼蟲的DNA條形碼COI 基因序列測定，并基于此快速有效地實現了幼蟲的物種界定。

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

這些被認為是迄今為止，大規模的植物—植食者相互作用分析中很少納入的指標。

研究發現，系統發育關系在一定程度上決定了寄主植物群落的改變對植食者群落產生的影響。換言之，植物多樣性的歷史形成過程，顯著影響著植食性功能昆蟲群的形成與分化。

此外，植物的系統發育多樣性在鱗翅目幼蟲親緣關系相近的類群分化中扮演了重要的角色。樹木物種多樣性、功能多樣性和系統發育多樣性，能夠協同影響鱗翅目幼蟲的物種豐富度和系統發育多樣性。

“在生產者和消費者兩個營養級中納入更廣泛的多樣性指標，可以幫助人們更全面理解不同營養級的生物多樣性變化而產生一系列生態學效應。”朱朝東說。

該研究還對當前全球昆蟲數量不斷下降帶來的諸多不良后果發出了“警示”：植物和植食者群落之間系統進化上具有依賴關系，它們同時能夠對生態系統結構和功能產生影響。

朱朝東表示，生物多樣性保護，實則是要保護相互作用、相互依存的物種所在的生境，要多關注生物的系統發育多樣性和功能多樣性；保護功能類群，最主要的是保護植物多樣性。

未來仍具挑戰

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

傳統的昆蟲物種鑒定，需要科學家依據形態學分類方法進行經驗性鑒定，工作量大，且效率和精度低。朱朝東表示，尤其對于鱗翅目幼蟲來說，其幼蟲與成蟲形態完全不一樣，據此鑒定物種幾乎是不可能完成的任務。得益于分子手段的發展，才使鑒定變得稍顯“輕松”、高效，并在較短的時間內就能獲得較大數據量。

王明強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 棵樹上進行采集，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。但這一時期也正是一年中蟲量最多的時候，每當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，需要長期的定位監測，但這恰恰是我國當前昆蟲資源調查和保護的短板。“我國昆蟲資源保護面臨嚴峻挑戰，傳統的昆蟲多樣性監測手段和技術局限性凸顯。”在馬克平的多年努力下，中國科學院組織并支持了生物多樣性監測網絡，開展包括昆蟲多樣性在內的多類群監測工作。

朱朝東呼吁，亟待在不同的生態帶推廣BEF-China 樣地的經驗，開展多個功能類群的多樣性監測；盡快建立和執行我國昆蟲各類群的監測技術規范（包括數據管理與分析規范），制訂全面建設全國性昆蟲多樣性監測網絡體系和監測數據公共信息平臺。

事實上，長期定位監測，也為研究昆蟲生態功能及其與其他生物類群的相互作用提供了基礎數據支撐。“下一步，我們將在深入研究植物和植食性昆蟲之間互作關系的基礎上，拓展到三級營養級網絡關系，進一步了解生物多樣性與不同營養級物種之間的內在關系與產生的一系列生態學效應。”朱朝東說。