導讀：我國是生物多樣性豐富大國之一。據(jù)國家林業(yè)和草原局統(tǒng)計，我國目前各類保護地總數(shù)達1.18萬個，占陸域國土面積的18%、領海的4.1%。自然分布的野生動物中，脊椎動物約7300余種，其中獸類564種、兩棲類416種、鳥類1445種、爬行類463種，其余為魚類；已定名昆蟲約13萬種；高等植物3萬多種，其中特有植物種類約1.7萬余種。面對豐富物種，實時生物監(jiān)測非常有必要。生物多樣性監(jiān)測是在時間尺度上對生物多樣性的反復編目，從而確定其變化。它不僅了解生物多樣性情況和生態(tài)分區(qū)范圍，還在保護生物多樣性、評價環(huán)境影響等問題上提供有效數(shù)據(jù)。
 

　　近日，中國科學院昆明動物研究所俞維理研究員及其團隊改進了快速監(jiān)測生物多樣性的高質量條形碼技術，該項結果以《生物多樣性湯II：更低錯誤率的高通量條形碼流程》為名發(fā)表在國際期刊《生態(tài)學與進化方法》。
 

　　其實早在2012年，俞維理研究員及其團隊對區(qū)域內昆蟲給樣本的混合DNA測序，實現(xiàn)了對該區(qū)域的生物多樣性編目和監(jiān)測，并將“生物多樣性湯”這一高通量條形碼技術流程的研究論文發(fā)表在國家期刊《生態(tài)學與進化方法》。如今通過優(yōu)化多個環(huán)節(jié)，生物多樣性監(jiān)測技術又上一個臺階，“生物多樣性湯”二代來臨。
 

　　高通量測序技術監(jiān)測  獲取大量生物數(shù)據(jù)
 

　　“生物多樣性湯”是一種高通量測序技術的新穎的生物多樣性監(jiān)測手段，可以同時分析大量的混合性生物樣本，獲取地面生物多樣性數(shù)據(jù)。
 

　　每種生物都含有DNA，任意的DNA碎片都可以被用于生物物種鑒定，進而實現(xiàn)生物監(jiān)測。“生物多樣性湯”即利用分子手段和測序技術分析混合生物的DNA樣本，還原物種信息及多樣性特征，包括α多樣性指數(shù)、β多樣性指數(shù)等。
 

　　“生物多樣性湯”助力下，研究人員探究云南自然保護區(qū)內不同海拔段內蛾類的生物多樣性，其結果可顯示出蛾類的群落組成隨海拔和采樣層次的變化趨勢。不僅如此，“生物多樣性湯”還能分析真菌多樣性對朽木分解的影響：真菌種類越多，朽木的二氧化碳釋放速率越低，朽木腐朽得更慢。
 

　　降低高昂數(shù)據(jù)成本  推進多學科共發(fā)展
 

　　目前來說，生物多樣性監(jiān)測包括群落內多樣性、群落間多樣性指數(shù)、異地同類生境指數(shù)監(jiān)測。監(jiān)測手段多以人工、儀器、基因技術監(jiān)測。例如利用紅外觸發(fā)相機，清晰監(jiān)測獸類和地面活動鳥類，錄音機自動采集鳥類的叫聲，通過聲景分析，鑒定生物種類、評估多樣性。又如，分子-組學技術不在生物多樣性監(jiān)測中的應用廣泛。宏基因組學方法是土壤微生物鑒定和監(jiān)測的常用方法。土壤動物形態(tài)難以鑒定、耗時較長，將常規(guī)形態(tài)鑒定與分子技術相結合會對土壤動物多樣性，起到一定推動作用。
 

　　這些傳統(tǒng)監(jiān)測手段耗費大量人工、儀器等多個項目成本。況且，由于其采樣和分類規(guī)模浩大，研究被限制在針對性較強、較小的區(qū)域且難以復制。因此，保護學者和環(huán)境管理者們往往只能利用有限的數(shù)據(jù)來進行決策。
 

　　與傳統(tǒng)監(jiān)測性比，“生物多樣性湯”技術憑借其快速、高效、監(jiān)測范圍廣的特點，通過高通量技術，實現(xiàn)了大尺度上復制和檢驗，監(jiān)測成本大幅減少，可以同時分析大量混合樣本，獲得準確的生物多樣性數(shù)據(jù)，高速、高效提供第三方檢驗數(shù)據(jù)，加強監(jiān)測環(huán)境變化指數(shù)和瀕危物種的狀況。
 

　　“生物多樣性湯”推動生物監(jiān)測逐漸從形態(tài)學、細胞學、生理生化發(fā)展到分子，深刻揭示遺傳物質的遺傳、變異情況。該種技術逐漸被多國自然保護管理部門納入其日常監(jiān)測工作中，改進實驗設計和生物信息學分析流程，降低錯誤率、提高運算速率。此外，“生物多樣性湯”不僅讓生物多樣性本身的變化受到關注，而且將人們的視線延伸到影響生物多樣性的因素如氣候變化、土地利用、環(huán)境污染等，并為相關學科如農(nóng)學、林學、漁業(yè)學、土壤學等提供大量的資料。
 

　　構建多維監(jiān)測體系  解決兩大難題
 

　　目前，生物多樣性調查、評估與監(jiān)測是獲得生物多樣性數(shù)據(jù)的主要手段，也是開展生物多樣性保護的前提。但目前大量獲取物種信息仍是一個難題。
 

　　技術讓生物多樣性監(jiān)測邁向新紀元。生物監(jiān)測通過天空地一體化，建立三維監(jiān)測系統(tǒng)，多方位監(jiān)測生物多樣性，高效地獲取地面精細的生物多樣性信息。該系統(tǒng)恰好解決了如何快速獲取地面精細的生物多樣性信息，如何將高通量的生物多樣性信號與遙感信號銜接兩個問題。
 

　　該三維監(jiān)測系統(tǒng)包括遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，以及無人機近地面遙感技術等。大尺度上以衛(wèi)星遙感為主，小尺度上以近地面遙感為主，包括利用高光譜、多光譜儀、激光雷達采集數(shù)據(jù)。近地面遙感技術快速推廣得益于無人機廣泛使用。
 

　　衛(wèi)星遙感、地面人工觀測和調查結合，主要用于整改生態(tài)系統(tǒng)，而近地面遙感與人工觀測結合，用于動植物個體。多維遙感數(shù)據(jù)和高精地面數(shù)據(jù)相連接，構建用于監(jiān)測生物多樣性的體系框架。
 

　　該體系提供研究區(qū)域長時間跨度、多空間尺度的生物多樣性數(shù)據(jù)。目前，研究團隊將衛(wèi)星、近地面遙感與“生物多樣性湯”技術相結合，構建“天空地一體化”探索和應用研究。
 

　　未來，依托“生物多樣性湯”以及三維體系，將推動我國生物多樣性監(jiān)測進程，助力我國盡早占領生物多樣性監(jiān)測的前沿高地。
 

　　(資料來源：科技日報)