甲虫在维持生态平衡中发挥重要作用

发布时间:2008年7月29日 来源:周宏章

地球上动物种类的75%是昆虫,而昆虫中最大的群体就是甲虫,大约有40万种。《自然》杂志日前发表了由14个国家的64个科研小组联合完成的首个甲虫基因组的测序结果。研究结果表明,该甲虫基因组包括大约2亿个核苷酸,基因数量约为1.6万个。这一新的测序结果将有助于人们更好地理解甲虫的生物学机制,保护生物多样性。

周宏章 中国科学院动物研究所研究员 

生物界里最大的类群
 
美国学者完成的《2000年系统学议程:制订生物圈计划》(Systematics Agenda 2000:Charting the Biosphere)中提出了这样一个问题:我们了解地球本身吗?
 
实际上,我们对自己居住的星球还不很了解。以生物物种为例,过去我们认为地球上约有300万种物种,现在已经发现了100万种之多。此后,美国科学家Erwin教授在南美进行了一项研究,并发表了一篇极具影响力的文章。尽管他的工作是粗糙的,但有着很深远的影响。Erwin以甲虫为主要对象,选择了树上的很多昆虫。他发现,我们对物种数目的估计至少低估了一个数量级,从他的工作开始,人们对生物物种的估计从300万种增加到3000万种。对于如此庞大的生物物种,我们究竟认知了多少呢,至今也只有170万种。这些预测的和已经被认知的物种,包括了高等动物、高等植物、微生物、昆虫和其他物种,其中1/4的物种是甲虫。
 
自从林奈奠定了生物分类学的基础,经过生物学200多年的发展,他创造的生物分类的方法,即双名制命名法和系统研究方法是我们认识生物多样性的钥匙,也是我们研究其他学科的基础。甲虫的学名是鞘翅目,鞘翅目虽然不是个体最大的,但种类数量是最多的,在目级别里它超过了所有高等植物和微生物,它比整个的植物、哺乳动物、鸟类、鱼类加起来都要多,是生物界里最大的类群。
 
没有生物多样性、没有丰富的生物物种,人类是不可能生存发展到现在,并实现可持续发展的。历史的经验告诉我们,破坏环境、过多地利用不可再生资源所带来的后果,正在警示人类不能无限制地索取自然资源,而应该保护那些濒危的和脆弱的物种。要保护地球生物圈如此之大的生物物种,首先要认识它。甲虫作为生物界里最大的一个类群,认识了它们,就可以帮助我们认识其他生物物种的类群,就能更好地帮助我们认识整个生物多样性。
 
重要作用是维持生态平衡
 
国际科学界不久前完成了首个甲虫基因组的测序,这种甲虫的中文名称是赤拟谷道(red flour beetle),拉丁文学名Tribolium castaneum。由14个国家的64个科研小组组成的国际研究团队对赤拟谷道进行了完整的基因测序。研究结果表明,该甲虫基因组包括大约2亿个核苷酸,基因数量(包括蛋白编码基因及其他基因)大约为1.6万个。完成全基因组序列测序,有助于理解甲虫种类的生物学机制;同时可以预见,赤拟谷道也将会像果蝇一样,成为甲虫研究或生物学中的首选模型动物。
 
在很多人印象里,甲虫大多是害虫,其实在1万个甲虫种类里,只有很少几种是害虫,其余的既无害也无利,它们在维持生态系统、保护生物物种资源和生物基因库等方面发挥着重要作用,有些尚不被人们所认知。人类在开始认识生物的时候,就开始研究甲虫了。法布尔的《昆虫记》里有很多关于甲虫的描述,《本草纲目》等中医古籍中也有相当多的用甲虫开发的中药的记载。如毒隐翅虫含有毒隐翅虫素;斑蝥也是一种中药,开发历史由来已久。甲虫还是珍贵的科普教材,有很多甲虫很漂亮,有非常精致的外形和色彩。在日本,很多中学生都喜欢收集和研究漂亮的甲虫标本。
 
甲虫最重要的作用是维持生态平衡。甲虫广泛分布在森林、沙漠、雪山、高山、农田、海洋,它们的习性多样,哺食、寄生、直食等五花八门,这些都可以被人类加以利用。例如,澳大利亚引进牧业之后,家畜粪便破坏了草原环境,他们引进了俗称屎壳郎的粪金龟,使草原生态系统得到改善。
 
甲虫的适应性很强,它们甚至可以在哺乳动物的皮毛里寄生,还能在水里游泳。利用甲虫所处的环境的变化,人们可以研究环境变化对甲虫物种组成的影响,称作生物或环境指示生物。物种的组成可以反映出环境的变化,当我们要研究森林退化和沙漠化、全球变化温度升高、环境污染等一系列问题时,如何判断环境的改变,通过一些物理和化学指标还是很难来客观衡量的,环境的改善更应该通过保护环境的生物和生物多样性来衡量。
 
尚无有效方法解决对粮食的为害
 
由多国科学家完成基因组测序的名为赤拟谷道的甲虫,是一个为害仓贮粮食的重大害虫。目前已知部分甲虫会对农业和农作物产生影响,如金龟子、水龟虫、豆象等属于仓储害虫,吃谷物的种子如小麦、绿豆等。如果不把粮食保护好,一个甲虫物种可以让全国粮食于一个月毁于一旦,每年都将耗巨资用于防御害虫为害粮食。另外,还有很多甲虫属于检疫害虫,如马铃薯甲虫、豆象这类都是外来种,藏在木材里。在传播植物疾病的害虫中,甲虫也占了很大的比例。
 
目前没有很有效的方法和手段能解除甲虫对粮食的为害,因为我们还没有可靠而有效的手段,因此,必须建立检疫和庞大的粮食害虫防治系统。在甲虫的发育阶段,卵、蛹、幼虫、成虫,最难灭绝的是卵和蛹。而甲虫的幼虫和成虫有很多可以越冬,钻入地下或其他缝隙,或者用鞘翅把自己掩盖起来,鞘翅和它的背面会形成气洞,这些空气可以让它呼吸很久。一些水生甲虫采用浮上水面换气的办法,以对自己形成有效保护。沙漠中最多的也是甲虫。因此,甲虫很难被彻底消灭。
 
虽然我们还需作大量的研究,以降低害虫给我们带来的各种危害,但甲虫作为生物界最大的类群,在经历了上亿年的进化后仍然保持着旺盛的生命力,说明甲虫的适应性非常强。
 
(记者 孙玮 采访/整理)

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