圖源：https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2024/butterfly-migration-pollen-tracking
導讀：
Saugat Bolakhe | 撰文
顧卓雅 | 翻譯
一個溫暖的夏日清晨，66歲的西爾萬·庫韋利耶（Sylvain Cuvelier）帶著14歲的孫女走進他位於比利時伊珀爾的花園，想認出並記下所有在繁花間飛舞的蝴蝶。平日裡，他會幫助科學家捕捉蝴蝶樣本，用GPS記錄每次觀測的位置，並將資料錄入Excel表格。有時，他還會將樣本寄給合作的學者，以便他們分析附著在蝴蝶身上的花粉粒。
這些由庫韋利耶這樣的公民科學家收集的小小花粉粒，正在幫助研究人員追蹤昆蟲用數代“生命接力”環遊世界的足跡，揭秘迄今難以捉摸的昆蟲遷徙模式。
科學家們已經能夠透過花粉確認每群蝴蝶旅程的起點，甚至推測出觸發它們遷徙的可能事件。這些發現或許能幫助環保人士更好的理解氣候變化造成的影響，不僅關乎昆蟲本身，還涉及它們的遷徙和所棲息的生態系統。
許多昆蟲一生都待在一個地方，另一些則像候鳥一樣遷徙，以躲避惡劣天氣、尋找食物或進行繁衍。有研究估計，每年有數萬億隻昆蟲在全球範圍內遷徙，但科學家對它們的去向以及如何到達某地知之甚少。
追蹤昆蟲的遷徙不像追蹤鳥類或哺乳動物那麼簡單。波蘭科學院克拉科夫分院的分子生態學家托馬斯·蘇查恩 (Tomasz Suchan)說：“你可以給鳥類安裝腳環，或者用無線電追蹤，很容易就能證明它們從A點移動到了B點。”但大多數昆蟲太小了，無法使用這些技術。
在北美，研究人員在追蹤黑脈金斑蝶（俗稱“帝王蝶”）方面取得了一些進展。這種蝴蝶因其從加拿大南部和美國北部遷徙到墨西哥中部的壯舉而聞名。早在20世紀90年代初，“守護帝王蝶”（Monarch Watch）公民科學專案就開始在落基山脈附近為這些蝴蝶做標記。截至目前，已有超過200萬隻帝王蝶被標記，其中超過19,000只在墨西哥的冬季棲息地被發現，為生物學家追蹤帝王蝶的遷徙路線提供了重要依據。
然而，對於沒有明確聚集地的蝴蝶，追蹤起來更為困難。例如，小紅蛺蝶經常在秋季出現在歐洲，有時數量非常多。“然後它們就消失了，我們真不知道它們去了哪裡，”巴塞羅那植物研究所的昆蟲學家赫拉爾德·塔拉韋拉（Gerard Talavera）說。
小紅蛺蝶。圖源：Jean and Fred Hort/Flickr
幾年前，塔拉維拉和他的團隊想到，或許可以分析蝴蝶身上累積的花粉，從而間接追蹤它們的遷徙軌跡。每當蝴蝶為吸吮花蜜停留在花朵上時，就會粘上一些花粉粒。如果研究人員能根據花粉識別出植物種類，確認這些植物的花期和分佈位置，並隨著蝴蝶到達不同地理區域持續跟蹤，或許就能還原出蝴蝶完整的遷徙軌跡。“這就好比給它們裝上了GPS，”塔拉韋拉說：“因為實際上不可能做到，所以這已經是目前最接近的替代方案了。”
在2019年，科學家得以驗證這一設想。當時，小紅蛺蝶經歷了一次罕見的種群激增。當成群的小紅蛺蝶3月出現在中東和地中海地區時，公民科學家捕捉了蝴蝶樣本，並儲存在酒精溶液中寄到了塔拉韋拉的實驗室。
在實驗室中，研究人員從蝴蝶身上分離出花粉粒，並對花粉的一段特定DNA序列進行測序。這段序列為每種植物提供了獨特的標識，被稱為宏條形碼。在隨後的幾個月中，蝴蝶的種群激增逐漸擴充套件到東歐、北歐和西歐，最終於11月初抵達摩洛哥南部。在此期間，公民科學家持續採集蝴蝶樣本，為研究提供支援。
在七個月內，研究人員獲得了從10個不同國家採集的265只小紅蛺蝶樣本，並透過它們身上的花粉識別出398種植物，可以用來回溯蝴蝶在過去一年中的活動軌跡。研究發現，在俄羅斯、斯堪的納維亞半島和波羅的海國家觀察到的蝴蝶群，很可能是阿拉伯和中東地區蝴蝶的後代。這些種群隨後擴充套件到東歐，繼而遷移至斯堪的納維亞和西歐，並最終在英國、法國和西班牙形成了明顯的種群增長。接著，蝴蝶可能繼續遷徙至摩洛哥南部，並進一步前往熱帶非洲，完成它們的年度遷徙週期。
2019年小紅蛺蝶的種群激增始於中東，並引發了覆蓋歐洲和非洲的大規模多代遷徙。圖中實線表示經過花粉證實的遷徙路徑，虛線表示根據蝴蝶觀察推測但未經花粉驗證的遷徙路徑。地圖上的不同顏色代表蝴蝶的不同世代。
花粉記錄甚至為2019年小紅蛺蝶的突然大量出現，提供了可能的解釋。在種群激增初期，從地中海東部採集的蝴蝶樣本攜帶的花粉，主要來自北阿拉伯和中東地區的半乾旱灌木叢、草地和鹽沼中的植物。研究人員分析衛星影像發現，該地區在2018年12月到2019年4月期間發生了異常強降雨，導致植物迅速生長。研究人員推測，植被的爆發式增長為蝴蝶提供了理想的覓食和繁殖條件，引發了蝴蝶的種群暴發，並由此造成了影響多代蝴蝶遷徙的連鎖效應。
塔拉韋拉團隊還利用花粉特徵，追蹤了其他的蝴蝶遷徙軌跡。例如，2013年，人們在南美洲法屬蓋亞那的海岸發現了小紅蛺蝶的蹤跡。然而小紅蛺蝶並不生活在南美洲，它們從何而來成了一個謎。十年後，塔拉韋拉團隊對當年儲存的蝴蝶樣本進行了花粉分析，發現樣本中最常見的花粉來自植物回元茶（Guiera senegalensis），一種僅生長在撒哈拉以南非洲地區的植物。
結合海岸調查、風向模式、花粉分析和環境條件，研究人員確認這些蝴蝶可能連續飛行長達八天時間，從非洲跨越了大西洋。這一發現首次證實了昆蟲能夠飛越大西洋。
“利用花粉宏條形碼追蹤蝴蝶每一代的來源及其遷徙過程是一種非常新穎的方法。” 德克薩斯農工大學的生物學家克里斯汀·梅林（ Christine Merlin）表示。她是《昆蟲學年評》 中一篇關於蝴蝶遷徙神經生物學文章的合著者。梅林指出，相比用傳統的同位素標記法追蹤昆蟲化學組成的區域差異，花粉分析法能精確識別植物物種，因此更為準確。
雖然小紅蛺蝶是研究昆蟲遷徙的理想模式生物，但研究人員相信，這一方法同樣適用於其他積極採集花蜜的遷徙授粉者，例如其他蝴蝶、食蚜蠅、黃蜂、甲蟲以及蛾類。
隨著氣候變化的加劇，追蹤昆蟲的遷徙路線會變得愈發重要，因為這些昆蟲不僅能攜帶花粉，也會攜帶真菌病原體。事實上，蘇查恩已經在一些蝴蝶身上檢測到了多種真菌。目前已知約有1,000種真菌會感染昆蟲，有超過19,000種真菌會影響農作物。遷徙的昆蟲可能會將這些真菌疾病傳播到其他大洲，進而對生態系統和經濟造成潛在風險。塔拉韋拉、蘇查恩和同事希望利用花粉特徵繪製遷徙模式的變化圖，從而預測真菌疾病可能暴發的區域。
與此同時，庫韋利耶則希望繼續和孫女一起數蝴蝶。他認為，生態學家需要越來越多的“大資料”來理解大規模現象，而如果沒有公民科學家的參與，“研究人員不可能收集到如此龐大的資料庫。” 他還指出，年輕人參與公民科學，不僅能學到如何捉蝴蝶，更重要的是，“他們會了解大自然，並因此對這個世界充滿好奇。”
作者介紹：
Saugat Bolakhe是一位自由撰稿的科學記者。他本科時在尼泊爾學習動物學，後在紐約市立大學克雷格·紐馬克新聞學院獲得碩士學位。他的作品曾發表於《Scientific American》、《Nature》、《New Scientist》、《Quanta》、《Eos》、《Discover》、《Knowable Magazine》等出版物上。
本文於2024年11月18日發表於Knowable Magazine，標題為“The secrets of butterfly migration, written in pollen”，《賽先生》獲授權翻譯並轉載。
原文連結：
https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2024/butterfly-migration-pollen-tracking
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