一项“全民”参与的捕蝶活动,揭示了数千年的秘密

作者: Patricia McDaniels

来源: https://ag.tennessee.edu/news/Pages/NR-2019-09-ButterflyGenomicsCitizenSci.aspx

发布日期: 2019-09-13

一项由8个研究机构的科学家与来自32个国家的150多名志愿公民科学家共同参与的研究项目,通过分析菜粉蝶的遗传数据,揭示了这种害虫在全球的传播路径和历史,尤其是通过人类的贸易活动。研究还展示了公民科学在现代科学研究中的重要作用。

一种毫不起眼的白色小蝴蝶的毛虫形式是世界上对农作物影响最强的入侵性害虫之一,这种漂亮的白色小蝴蝶名为菜粉蝶(Pieris rapae),或者菜青虫。最近,科学家发表的一篇论文,记录了人类是如何帮助它们传播数千年的。

通过仔细研究现存种群之间的遗传变异和相似性,并对比与十字花科作物(如卷心菜、油菜籽、白菜和芜菁)有关的虫害历史数据,研究人员记录了这些小小的菜粉蝶是如何在人类的帮助下从欧洲传到世界各地的。这是一项“人多势众”的研究项目,它由来自8个研究机构的科学家与来自32个国家的150多名志愿公民科学家组成,他们一同对这种害虫的范围和现有的遗传多样性进行了详细的研究和记录。

在这篇于9月10日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的论文中,研究人员将这种害虫入侵世界与沿陆路丝绸之路展开的贸易联系了起来。Sean Ryan是这篇论文的作者之一,他解释说,人类活动对菜粉蝶能成功地遍及全球功不可没。

在贸易过程和迁徙途中,人类无意间将这些害虫带出了它们本该属于的自然范围之外,而人类对一些芥菜作物,比如卷心菜、甘蓝和西兰花等的驯化和多样化,也为这些菜粉蝶和它们的毛虫提供了生长所需的食物。

在这项研究之前,历史记录记载了当这种农业害虫入侵每个新大陆时的一些线索。然而,有关时间、源头和路径等线索仍不甚明朗。而这些信息对发展出有效的生物控制程序,以及回答与入侵过程相关的一些基本问题(比如基因变化以及物种是如何适应新环境等)都是至关重要的。

但是,这样一项研究需要大量样本可供分析。因此,研究人员借用社交媒体向公众寻求帮助,这次,他们向世界各地的“公民科学家”拿起捕蝶网——捕蝴蝶,并将捕捉到的菜粉蝶送到研究小组进行基因测试。之后,研究人员用提交样本中的DNA来分析基因数据,再推测出这些小型的菜粉蝶是如何在世界各地传播的。

科学家从公民科学家那里收集到了超过3000只蝴蝶,这些样品来自293处不同的地点,几乎覆盖了菜粉蝶的整个原生和入侵范围。他们发现,这种小菜粉蝶很可能起源于东欧,然后随着丝绸之路传播到亚洲和西伯利亚。研究人员还发现,北美的菜粉蝶也来自欧洲,这与研究人员的预期一致。但令人意外的是,新西兰的菜粉蝶是从加利福尼亚的旧金山传入的。

此外,在加州中部和周边地区的菜粉蝶与北美的其他蝴蝶在基因上有所不同,他们推测,这或许是由美国东部的少数蝴蝶搭乘着火车抵达了旧金山而造成的结果。

尽管每一次入侵一个新的地区或国家都会导致基因多样性的显著丧失,但这些入侵都是成功的,因此造就了如今菜粉蝶的数量繁盛。

在公民科学研究项目中,公众可以在项目开发、数据收集甚至作出科学发现方面发挥关键作用,与传统科学一样,公民科学也会受到同行评审制度的约束。而它的强大之处在于它能有助于克服在一些传统研究中由于大的空间和时间尺度所带来的挑战,从而可以扩大一些项目的规模和范围,对社会产生更加深远的影响。

DeWayne Shoemaker教授是这篇论文的作者之一,他说:“在过去十年中,公民科学项目呈指数级增长,这为新的科学前沿打开了大门……我们采取的方法相对独特,我们不仅仅让公众进行观察,还让他们帮忙收集这些农业害虫,如此一来,我们就能够提取出每只蝴蝶DNA中所以记录的信息。当把这些信息汇总起来,就描述了小菜粉蝶的集体性过去。”

Ryan认为,这项菜粉蝶公民科学项目在国际上取得的成功,表明了“公众有能力帮助科学家开展以集体为基础的研究,从而解决如入侵生物学、生态学和进化生物学等更领域中的重要问题。”他认为,利用以集体为基础的公民科学项目将帮助社会更准确地记录生态和进化的演变,这能为作物管理带来改进和成功,从而有助于更好地控制环境以抵御入侵物种。

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