本文最初刊载于 Knowable Magazine。
在一个比利时伊普尔温暖的夏日早晨，66岁的西尔万·库韦利尔和14岁的孙女一起走进盛开的花园，希望能识别并统计所有翩翩起舞的蝴蝶。其他日子里，他会通过捕捉蝴蝶样本来帮助科学家。然后，他使用 GPS 记录每次目击的地点，在他的 Excel 数据库中进行记录，有时还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。
这些微小的花粉粒，由像库韦利尔这样的 公民科学家 收集，正在帮助研究人员研究一个迄今为止一直难以捉摸的过程：昆虫在多代过程中在全球迁徙的模式。
通过花粉，科学家们能够确定个体蝴蝶的旅程起点，甚至推断出可能触发它们迁徙的事件。这些知识可能有助于环保主义者更好地理解 气候变化 的一些影响——不仅对昆虫本身，也对其迁徙以及它们所栖息的生态系统。
许多昆虫一生都生活在一个地方。其他许多昆虫则像许多鸟类一样迁徙，以避开恶劣天气、寻找食物或繁殖。 一些估计表明，每年有数万亿只昆虫在全球范围内迁徙，但科学家们对其去向或抵达方式知之甚少。
追踪昆虫迁徙不像追踪鸟类或哺乳动物那样简单。波兰科学院分子生态学家托马什·苏尚（Tomasz Suchan）说，对于鸟类，“你可以给它们腿上戴环或使用无线电追踪，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，研究人员在追踪以其从加拿大南部和美国北部迁徙至墨西哥中部而闻名的 帝王蝶 方面取得了一些成功。20 世纪 90 年代初，帝王蝶监测公民科学项目开始在落基山脉附近标记蝴蝶。已标记超过 200 万只帝王蝶，并在帝王蝶聚集过冬的墨西哥报告了超过 19,000 次回收。这有助于生物学家追踪它们的迁徙路线。
然而，没有如此明确聚集地的蝴蝶更难追踪。例如，帝王蝶（Painted Lady butterflies）常常在秋季出现在欧洲，有时数量巨大。“然后它们就消失了，我们不知道它们去了哪里，”巴塞罗那植物学研究所的昆虫学家杰拉德·塔拉维拉（Gerard Talavera）说。
几年前，** **塔拉维拉和他的团队意识到，他们也许可以通过研究附着在蝴蝶身上的花粉来间接追踪它们。每当一只蝴蝶拜访一朵花吸食花蜜时，它也会沾上花粉粒。如果研究人员能够通过花粉识别植物，确认植物的开花地点和时间，并随着蝴蝶到达不同的地理区域不断追踪它们，或许他们就能追踪蝴蝶的整个旅程。“这种方法就像我们给它们装上了 GPS，”塔拉维拉说。“因为我们做不到，所以这是最接近的办法了。”
花粉迁徙地图
2019 年，当帝王蝶出现一次罕见的数量激增时，科学家们得以检验了这个想法。当年 3 月，当成群的蝴蝶出现在中东和地中海地区时，公民科学家们捕获了蝴蝶样本，然后将它们保存在酒精混合物中，并运往塔拉维拉的实验室。
在那里，研究人员分离出附着在蝴蝶身上的花粉粒，并对花粉 DNA 的特定区域进行了测序，该区域为每种植物提供了一个独特的标志，这个过程称为元条形码分析（metabarcoding）。与此同时，公民科学家们在接下来的几个月里，随着蝴蝶种群激增逐渐扩散到欧洲东部、北部和西部，并于 11 月初到达摩洛哥南部，不断捕捉蝴蝶样本。
研究人员分析了七个月内从 10 个不同国家的 264 只蝴蝶收集的花粉，确定了 398 种不同的植物，可以用来 追踪蝴蝶的运动 回溯一年。由此，他们发现，在俄罗斯、斯堪的纳维亚和波罗的海国家 observed 的蝴蝶群，很可能是源自阿拉伯和中东地区数量激增的蝴蝶后代。这似乎已经扩散到东欧，然后是斯堪的纳维亚，然后是西欧，导致英国、法国和西班牙的数量显著增加。从那里，蝴蝶可能迁徙到摩洛哥南部，并可能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帝王蝶在 2019 年突然变得如此丰富的可能原因。从东地中海地区收集的蝴蝶，正处于种群高峰期初期，它们携带的花粉来自主要分布在阿拉伯北部和中东半干旱灌木丛、草原和盐沼的植物种类。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，这些植物在经历了异常多的降雨期后，出现了大规模的生长。研究人员推测，这种生长爆发可能为蝴蝶提供了理想的食物和繁殖条件，从而引发了种群爆炸，并产生了影响许多世代的涟漪效应。
塔拉维拉和他的团队还利用花粉特征追踪了其他蝴蝶的迁徙。例如，2013 年，在南美洲法属圭亚那沿海发现了帝王蝶。帝王蝶通常不生活在南美洲，它们的来源是个谜。十年后，塔拉维拉的团队从仍然保存的蝴蝶身体中采集了花粉样本，发现 Guiera senegalensis，一种仅在撒哈拉以南非洲发现的常见植物，是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、风况、花粉和环境条件，他们证实蝴蝶很可能通过从非洲连续飞行长达八天的时间横渡了大西洋。这一发现标志着首次被验证的 昆虫横渡大西洋 事件。
“使用花粉元条形码来追踪每代蝴蝶的来源以及它们在整个周期中的进展，是非常新颖的，”德克萨斯农工大学的生物学家克里斯汀·梅林（Christine Merlin）说，她是《昆虫学年鉴》上关于蝴蝶迁徙神经生物学文章的合著者。她指出，由于它能识别个体植物种类，这种方法比传统的、追踪昆虫化学成分区域差异的同位素特征分析方法，能够提供更高的精度。
虽然帝王蝶被用作理解昆虫迁徙的模型系统，但研究人员表示，他们有信心这种方法可以适用于追踪其他迁徙的传粉者，包括其他蝴蝶、食蚜蝇、黄蜂、甲虫和飞蛾，它们会积极访问花朵收集花蜜。
面对气候变化，追踪昆虫的迁徙路线可能变得越来越重要，因为这些昆虫除了花粉，还可以携带真菌疾病。事实上，苏尚在一些蝴蝶中检测到了许多种类的真菌。已知约有 1,000 种真菌会影响昆虫，而超过 19,000 种会影响农作物。因此，迁徙的昆虫可能将这些真菌疾病传播到整个大陆，对生态系统和经济构成威胁。塔拉维拉、苏尚及同事们希望，通过利用花粉特征绘制不断变化的迁徙模式地图，可以帮助预测真菌疾病爆发可能发生在哪里。
与此同时，库韦利尔希望继续和孙女一起数蝴蝶。他说，生态学家将越来越需要“大数据”来理解大规模现象。他认为，没有公民科学家，“研究人员根本无法收集到这样的数据库。”
此外，他补充说，年轻人可以从公民科学中获得的不仅仅是捕捉蝴蝶的技巧。“他们了解大自然，”他说，“这能激发对世界的求知欲。”
本文最初发布于 Knowable Magazine，这是一个来自《年鉴评论》的独立新闻项目。订阅通讯。
