【CC讲坛】让我们一起去发现新物种

活动名称：

让我们一起去发现新物种

报告嘉宾：

白明

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白明：中科院动物研究所研究员

2019年，人们在太平洋海域内发现了新物种小猪乌贼、法国发现了新物种猫狐、双河洞发现了新物种双河盲步甲、四川卧龙发现了新物种巴郎山雪莲、“化石中的化石”——中国独有恐龙的胃中再次发现新物种.......

人类认识世界的进程是永无止境的，未来各类颠覆性的，硬件和软件的出现和迭代让大家认识世界、认识自然的，从而更好地保护我们的地球，实现可持续的发展。

物以类聚、人以群分，分类其实是我们每天在工作和生活中，都在做的一件事情。不管是大家辨别亲朋好友的样貌、体貌特征，还是你在淘宝、京东上买东西，去比较一些商品之间的差异，其实都要用到分类学的原则。但是分类为什么成为一门学科呢？其实它是作为一种，最熟悉的陌生人，分类学的一部分内涵,可以与一种叫“找不同”的游戏相通。因为我们人类认识和感知世界，需要不断地去判别，事物之间的差异，所以说分类学是伴随我们人类起源和发展的，贯穿整个的过程。

作为一门古老而严谨的科学门类，分类学，当然不是简单的“找不同”游戏。而是有一个非常庞大，而且复杂的科学体系。地球上所有的生物，我们都可以用界、门、纲、目、科、属、种，七个层次，来给它进行归类。

其实我们人本身，也是一种动物，在科学上也有一个专有的拉丁学名。我们每个人也有名字，每个生物其实也有名字，它都有根据国际命名法规委员会的规定。它的学名包括属名和种名两部分，其实跟我们的名字是异曲同工的，称为双名法。为什么制定这样的规则呢？每一个物种都有一个唯一的拉丁化的学名，这是为我们科学上交流方便，否则的话就会有大量的异物同名，或者同物异名的现象发生。

说到这个外来入侵种，就不得不提，我们国人都喜欢吃的这种麻辣小龙虾了。小龙虾它有唯一的学名，但它有很多中文的名称，比如说：克氏原螯虾、红螯虾、淡水小龙虾。其实小龙虾原本是入侵种，它是从美洲入侵到中国的，但是为什么小龙虾在欧洲，造成那么大的危害，在中国没有造成危害呢？那是因为,它到了我们舌尖上的中国。因为我们把它开发成一种食物，只能说我们中国人非常的有智慧。

但是不是所有的入侵种，都能够被开发为食物，能得到控制的。比如说有这么一种常见的甲虫，它叫白星花金龟，它其实在北方或者东部地区比较常见的。包括在俄罗斯、蒙古、日本、朝鲜，都分布的一种常见的甲虫。可能很多朋友在榆树上，或者玉米上都见过。

在2000年之前，它在新疆是没有发现的，但在2005年的时候，它在新疆兵团大爆发，造成很多果园的绝收。大家知道葡萄之类的水果是新疆兵团，乃至整个新疆自治区，都是重要的经济作物。所以当时兵团方面非常的着急，他们拿着标本找到我说：“白老师,你帮我们鉴定鉴定吧！”因为根据历史上的经验，很多新疆的害虫，都是从俄罗斯入侵的，这也是由于它的区位特征造成的。但是根据我的鉴定，我发现它不是俄罗斯来的，而是我们内地常见的一种叫白星花金龟的昆虫。后来又结合分子生态学，几何形态学，还有一个事实就是新疆兵团从内地调运有机肥，这样一件事情，最终确定了新疆白星花金龟，是从内地入侵到新疆的。根据这个鉴定结果，我们找到针对这个种的绿僵菌，可以防治它的幼虫的发生，控制它的虫口密度。另外还有一些其它的措施，现在这个害虫已经得到了控制。

当然了，外来入侵种不是简单的常常发生在省市之间的，入侵或者扩散，更多是国与国之间的这种扩散。

比如说上世纪在山西首次发现了一种小蠹，叫红脂大小蠹，它原产是美洲，它现在位列国家林业局六大病虫害工程之一。迄今为止，这个害虫已经造成700多万株松树的死亡。所以这个种最初的鉴定，它的中文名称的确定，还有最初的调查，都是我们研究组的老先生做的。只有我们准确地鉴定了这个物种，通过文献可以知道它是从哪来的，它原产是哪，这样我们可以到原产地，去找它有可能有什么样的天敌昆虫。天敌昆虫很多都是这种寄生蜂，很小很小，红脂大小蠹已经很小了，比它还小。寄生蜂可能只有小于一毫米，小于一毫米的这种小昆虫，也是五脏俱全。它有很强大的作用就是可以控制，因为它是专性寄生的，可以控制这个害虫的发生。
当然也不光是国外的都来入侵我们中国，我们中国的虫子，其实也在入侵其它的国家。比如说有一种吉丁虫，它入侵到了美国，美国农业部的人发愁防治，然后找到我们。我们也是去云南那边，帮他们评估一些可能的天敌昆虫。

当然也不是说所有入侵的昆虫，或者是迁移的昆虫都是有害的，有一种昆虫叫蜣螂，它就是有益的。我的博士论文，就是研究蜣螂分类的。大家可能不知道，中国其实有360多种蜣螂，全世界有6000多种蜣螂。蜣螂的中文俗称一般就叫屎壳郎，它主要是取食哺乳动物的粪便。

可能有的人会说，为什么研究这个吃屎的虫子呀，有什么用呢？大家知道原本在澳大利亚是没有牛羊的，是我们人把它引种到澳大利亚的。当时人只引种了牛羊，但牛羊产生的粪便非常的多，澳洲本地的蜣螂，其实是不取食牛羊的粪便，为什么呢？这也是种间的协同进化的关系，当时澳洲本土的蜣螂，祖上没有见过这种牛羊，它不吃啊，它躲着走，所以这怎么办呢，五六十年代对澳洲的草场，造成非常严重的退化问题。所以澳大利亚的科工委，他们就想办法，不但要引种牛羊，还要引种吃牛羊粪便的这种蜣螂，所以他们从世界各地，引种了很多的蜣螂，有些种类也是中国的种类。当时做这件事情的詹姆斯，他后来因为这件事非常的成功，所以也成了澳洲的院士。然后也带动了很多产业，现在也有很多蜣螂的繁育的公司，公司繁殖很多活体的蜣螂，然后把它卖给农场主，这在中国是不可想象的。
蜣螂因为当时引种只是个别的种群，其实现在是近亲的繁殖。经过40年，这里的蜣螂出现了种质退化问题，詹姆斯觉得，我们应该再启动一个二次引种的一个项目，因为我是做蜣螂研究的，他希望中国能够帮忙，我们俩在澳洲、在美国、包括在中国，他多次来过中国，我们都见面讨论过这个事情。根据他的测算，这个计划至少需要2000万澳元，一部分钱是来自澳大利亚政府，还有很大的一部分钱，来自于澳洲农场主联盟。其实就是说澳大利亚的农民，他们用脚来投票，他们知道如果蜣螂出现问题了，他们祖上遭受的那些难题，还会再次重现。所以他们愿意自己捐出几百澳元、几千澳元，拿出自己的钱来资助这样的研究。

我们大家都知道，生物多样性，是我们维持人类赖于生活在地球上的，一个先决的条件，没有生物多样性，我们就无法生存下去。生物多样性都在讲，但是生物多样性，并不是简单地数一数有多少种，更重要的是生物多样性，包括三个层面的内容：一个就是遗传多样性；还有是物种多样性，就是我们说的种级；还有就是生态系统多样性。但无论是哪个层面的多样性，我们都需要知道它是什么种，需要做出正确的鉴定，这个过程其实就是一个分类的过程，所以分类学是我们认识世界的一个工具。
地球上估计有1000万种生物，当然也有人经过他们的研究，经过对雨林的一些研究，认为有3000万种，也有人说有5000万种。但不管怎么说，我们现在经过200年的研究，我们只发现了一百多万种，登记在册了一百多万种生物。还有非常大量的，有待发现的生物，因为气候变暖，人类活动干扰，环境变化，很多生物有可能我们还没有发现，它就已经灭绝了。所以我们必须要想办法，改变这个现状，尽可能快地、高效地、准确地，发现一些新物种。

所以我们分类学界，首先想到的就是，尽可能去采集标本，去那些人迹罕至的地方，用多种方法，采集不同的极端环境的，不同生态位的昆虫或者生物。但是有一个问题：我们获取这些标本的速度，远远快于我们研究的速度。比如我们研究所还有很多标本，是一百多年前，或者是几十年前的标本采到了，现在还没有时间，没有精力，去做研究，所以我们必须要想办法，加快我们研究的速度。

研究标本是很重要的研究的载体，那么标本的数字化和在线分享，就非常重要了。以前，我们必须把标本快递到一个地方，然后他来研究这个东西。现在呢，可能我们通过影像，互联网+的这种方式，可以把它分享过去。现在常用的就是二维的照片，比如我们用很好的相机，很好的扫描电镜，可以提供亚微米的形态的细节，能够帮助我们做更进一步的分类。
但是我们现实的世界是三维的世界，不是二维的，所以后来有很多的三维的数据的获取和分析的方法，被不断地发明出来。比如说针对很小的厘米量级的，它有显微CT、还有三维重建技术、还有激光共聚焦方法。

我曾经利用这些成熟的三维技术，从缅甸琥珀中发现了一个昆虫纲的新目。缅甸琥珀的形成是一亿年前，恐龙时代白垩纪时期。刚才我讲界、门、纲、目、科、属、种，目级其实是比较高级的阶元了，我们日常发现新种和新属，相对容易点，发现一个新目还是非常非常难的，可以说是几十年一遇吧。我也很幸运，今年又发现了奇翅目的，第二个种，并且发现了它特殊的交配行为，这些都是用已知的技术完成的。但是这些三维技术，还是有一些不完善的地方，最大的问题就是速度太慢。因为我们需要高效率，它速度太慢了，CT扫描一套数据要几个小时，甚至要几天的时间。

所以我们就想办法，最后我们主导研发了，一个叫做结构光照明显微镜的一个技术。这个新的仪器，能够快速地获得高分辨率的三维数据。这个虫子只有一厘米左右，然后我们这个新的仪器，能够获得的这个图像，是三米多高的，仍然能够保持非常高的清晰度，而且我们还可以实现，自动地拼接和自动的重建。二代的已经实现了彩色的、原色的图像，希望这个新仪器，能够为分类学的现代化解决一些问题。

我们分类其实主要的还是用肉眼来看这个东西，像我们找不同游戏一样，就是看这个和那个有什么差异。我们现在需要的是定量的，我们要用数学的语言来刻画，圆有多圆、方有多方、椭圆有多椭圆，用数学的语言，定量地描述这个东西，这样就有一种方法叫几何形态学就应运而生了。

但是几何形态学，我们做的过程中，后来也发现它有一些问题，它只能是单特征比较，比如说头和头，所有的标本只能比较头，但如果我们有很多特征的时候，怎么办呢？所以我们后来，又研发了一个新的软件，叫多特征整合的算法，现在这个软件也已经提供了，在线服务。虽然几何形态学已经飞速发展，但是它还是太慢了，因为它有很多步骤，需要我们人工手动地去操作一些东西，效率不高。

比较幸运的是2006年，一个新的技术叫深度学习技术，它横空出世了。所以我也是比较快的就把它引入到生物分类的领域。

光我们甲虫这一个目，它就有40万种。全世界有40万种甲虫，而且它很多时候非常难采集获得，根据这个办法，我们研究组研发了一个，我们命名为“甲天下”的世界甲虫分科的一个体系，一个系统。现在这个“甲天下”系统已经可以做到对世界所有已知的科，进行分类，自动鉴定。

但是刚才讲的，甲虫的种类太多，其他的分类阶元，比如亚科级、族级、属级、种级，还在研发之中。既然这个问题出现的数据量小，那我们就要到世界各地的博物馆，去拍这些照片，与国内外同行合作。另外我在这里呼吁公众能够参与我们这个平台，能够贡献数据。让我们一起去发现新物种吧！

我们把新的物种能够给它登记在册，因为在分类学有一个做法：如果是你发现的这个标本，发现了新的物种，我们可以以你的名字来命名。所以说只有全民的参与，才有可能实现，“甲天下”数据的裂变性增长。

种类太多了，世界种级的这种甲虫的分种系统，“甲天下”是太难做到了，短期之内是做不到的。所以我们就想，我们需要找一个地区，它种类不是那么多，然后又有可能做到，比较好的一个地区的就是香港。因为从2011年开始，我每年都受香港渔农自然护理署的邀请，到香港进行甲虫多样性的研究和调查。目前已经获得大量香港的标本，为什么他们邀请我去呢？很重要的原因就是，香港是自由港，货物有通关的便利，所以就造成香港成为外来入侵种，进入大陆的一个跳板，所以我们一定要对香港进行比较系统的深入的研究。

因为香港大概有1200种甲虫，目前我们已经设计了几个模块了，除了这个自动鉴定之外，很重要的模块就是预警的功能。就是说不管是香港的公务员，还是我们大众、老百姓，我们看到一个甲虫是在香港拍的，拍了之后提交到系统，如果系统给出你名称，没什么问题，如果系统给你一个很低的鉴定率，很难知道它是什么，可能有三种情况：一个就是它有可能是入侵种，或者还有可能是新纪录，还有可能就是新种。因为大家拍的照片都有位置信息，所以我们也会精确地知道，你这个标本是从哪里采的，也为我们后续完善“香港甲天下”做补充。
我们人类认识世界的进程是永无止境的，分类学的发展也是永无止境的。我相信，通过未来各类颠覆性的，硬件和软件的出现和迭代，分类学将不再是阳春白雪，而是大家看得见、摸得着的、认识世界、认识自然的，一个简单易用的工具和数据库。从而更好地保护我们的地球，实现可持续的发展。

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编辑：吴良秀

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