蝴蝶迁徙的秘密，写在花粉上 _蝴蝶

通过研究附着在彩蝶身上的花粉粒（上图所示），科学家们追踪了这种昆虫在几个大陆上的多代迁徙。来源：ENNIO BORGATO/INURALIST
据《Knowable Magazine》（Saugat Bolakhe）：在比利时伊佩尔一个温暖的夏日早晨，66岁的西尔万·库维利耶和他14岁的孙女走进他盛开的花园，希望能认出并数出所有飞舞的蝴蝶。其他时候，他通过网捕蝴蝶样本来帮助科学家。然后，他使用GPS记录每次观测的位置，将其记录在Excel数据库中，有时还会将样本发送给他的学术同事，他们将分析附着在昆虫身体上的花粉粒。
由Cuvelier等公民科学家收集的这些微小的花粉粒正在帮助研究人员研究一个迄今为止在很大程度上难以理解的过程：昆虫在多代人的过程中在全球范围内移动的迁徙模式。
利用花粉，科学家们已经能够确定单个蝴蝶的迁徙起点，甚至推断出可能引发它们迁徙的事件。这些知识可能有助于环保主义者更好地了解气候变化的一些影响——不仅对昆虫本身，而且对它们的迁徙和栖息的生态系统。
许多昆虫一生都在一个地方度过。许多其他鸟类和许多鸟类一样，为了躲避恶劣天气、寻找食物或繁殖而迁徙。一些估计表明，每年有数万亿只昆虫在全球范围内迁徙，但科学家们对它们的去向或如何到达那里知之甚少。
追踪昆虫迁徙并不像追踪鸟类或哺乳动物那样简单。克拉科夫波兰科学院的分子生态学家Tomasz Suchan说，对于鸟类，“你可以在腿上挂一个环或使用无线电跟踪，很容易证明它们从a点移动到B点。” 。但大多数昆虫太小，这些技术无法成功。
在北美，研究人员在追踪帝王蝶方面取得了一些成功，帝王蝶以其从加拿大南部和美国北部到墨西哥中部的显著迁徙而闻名。20世纪90年代初，君主观察公民科学倡议开始在落基山脉周围标记蝴蝶。超过200万只帝王蝶被标记，据报道，在墨西哥有19000多只帝王蝶聚集在一起过冬。这有助于生物学家追踪它们的迁徙路线。
然而，没有这种明确聚集的蝴蝶更难追踪。例如，欧洲秋天经常出现彩蝶，有时数量很多。巴塞罗那植物研究所的昆虫学家杰拉德·塔拉维拉说：“然后它们消失了，我们真的不知道它们去了哪里。” 。
几年前，Talavera和他的团队意识到，通过研究蝴蝶身上积累的花粉，他们可能能够间接追踪蝴蝶。每当一只蝴蝶造访一朵花喝一口花蜜时，它也会采集花粉粒。如果研究人员能够从花粉中识别出植物，确认植物在何时何地开花，并在蝴蝶到达不同地理区域时继续追踪它们，也许他们可以追踪蝴蝶的整个旅程。塔拉维拉说：“这种方法就像我们在它们身上安装了GPS 。” 。“因为我们不能这样做，所以这是我们能做的最接近的事情。”
花粉迁移图
科学家们在2019年测试了这一想法，当时彩绘女性经历了零星的人口激增。同年3月，随着大批蝴蝶出现在中东和地中海，公民科学家们采集了蝴蝶样本，然后将其保存在酒精混合物中，并将其运到塔拉维拉的实验室。
在那里，研究人员分离了附着在蝴蝶身上的花粉粒，并对花粉DNA的特定片段进行了测序，该片段为每种植物物种提供了独特的特征，这一过程被称为元条形码。一直以来，随着蝴蝶数量的激增在接下来的几个月里逐渐蔓延到东欧、北欧和西欧，并于11月初到达摩洛哥南部，公民科学家们一直在收集蝴蝶样本。
研究人员分析了七个月内从10个不同国家收集的264只蝴蝶的花粉，确定了398种不同的植物，可以用来追踪蝴蝶在一年中的运动。由此，他们发现，在俄罗斯、斯堪的纳维亚和波罗的海国家观察到的成群蝴蝶可能是源自阿拉伯和中东激增的蝴蝶的后代。这似乎已经蔓延到东欧，然后是斯堪的纳维亚半岛，然后是西欧，导致英国、法国和西班牙的人口明显激增。从那里开始，蝴蝶可能已经迁徙到摩洛哥南部，可能会继续前往热带非洲，完成它们的年度周期。
花粉记录甚至暗示了2019年彩绘女士突然变得如此丰富的原因。在种群数量激增之初，从地中海东部采集的蝴蝶携带着主要在阿拉伯北部和中东的半干旱灌木丛、草原和盐沼中发现的植物物种的花粉。通过检查卫星图像，研究人员注意到，从2018年12月到2019年4月，这些植物在经历了一段异常强降雨后，生长速度大幅提高。研究人员推测，这种快速增长可能为蝴蝶的觅食和繁殖提供了理想的条件，引发了种群爆炸，并产生了影响多代人的连锁反应。
Talavera和他的团队也使用花粉特征来追踪其他蝴蝶的运动。例如，2013年，在法属圭亚那的南美洲海岸发现了彩蝶。彩绘女士通常不住在南美洲，她们来自哪里是个谜。十年后，Talavera的团队从保存完好的蝴蝶体内采集了花粉，发现Guiera senegalensis是一种仅在撒哈拉以南非洲发现的常见植物，是迄今为止附着在这些蝴蝶身上最常见的花粉类型。
通过分析沿海调查、风向、花粉和环境条件，他们证实，蝴蝶可能在从非洲连续飞行的八天内横渡大西洋。这一发现标志着昆虫穿越大西洋的第一个经过验证的实例。
德克萨斯州农工大学生物学家、《昆虫学年鉴》上一篇关于蝴蝶迁徙神经生物学的文章的合著者克里斯汀·梅林说：“使用花粉元条形码来追踪每一代蝴蝶的来源以及它们如何在这个周期中进化，这是一种非常新颖的方法。” 。她指出，由于这种方法可以识别单个植物物种，因此比追踪昆虫化学成分区域变化的标准方法同位素特征分析具有更高的精度。
虽然彩绘女士可以作为理解昆虫迁徙的模型系统，但研究人员表示，他们相信这种方法可以适用于追踪其他积极访问花朵采集花蜜的迁徙传粉者，包括其他蝴蝶、紫腹果蝇、黄蜂、甲虫和飞蛾。
面对气候变化，追踪昆虫的迁徙路线可能变得越来越重要，因为除了花粉外，这些昆虫还可能携带真菌疾病。事实上， Suchan在一些蝴蝶身上发现了许多种类的真菌。已知约有1000种真菌会影响昆虫，19000多种真菌会影响作物。因此，迁徙的昆虫可能会将这些真菌疾病传播到各大洲，对生态系统和经济构成风险。Talavera、Suchan及其同事希望，利用花粉特征绘制不断变化的迁移模式，有助于预测真菌疾病爆发的地点。
与此同时，Cuvelier希望继续和他的孙女一起数蝴蝶。他说，生态学家将越来越需要更多的“大数据”来理解大规模现象。他说，没有公民科学家，“研究人员不可能收集这样的数据库。”
此外，他补充道，年轻人从公民科学中学到的不仅仅是如何捕捉蝴蝶。“他们了解自然，”他说，“这培养了他们对世界的好奇心。”