你在野外見到過這種裝滿了小蟲子的收集設備嗎?注意,你可能正與一項科學發明擦肩而過!
昆蟲,是地球上最爲繁盛,進化最爲多樣化的動物類群,無論是讨厭的蚊子、蒼蠅、蟑螂,還是有益的蜜蜂,美麗的蝴蝶,昆蟲無處不在,更是地球生态中十分重要的角色。通過研究某地的昆蟲時空變化、分布格局變化以及對其進化機制進行研究,可有助于了解環保、氣候等多方面的研究問題,也是全球生物多樣性研究十分重要的一環。
采樣,是昆蟲學研究中十分關鍵的一步。過去常用的采樣裝置主要是窗式誘捕器,它通常被布置在昆蟲的必經之路上,昆蟲從窗戶飛入,在撞擊到後壁時跌落進入底部收集器中,收集器中往往放置有乙醇、丙醇等介質用以保存昆蟲樣本。這種裝置可以實現高效、大量地采集,同時十分便攜和節省人力。
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但窗式誘捕器也存在着一個緻命的問題——不防水。降雨時,雨水也會順着窗口進入收集器中,稀釋掉底部的防腐溶液,導緻其中的昆蟲樣本 DNA 降解,此外,夜間的冷凝水、高濕度的空氣等都會對昆蟲樣本的保存帶來影響。尤其是在降雨頻繁的熱帶地區,水分侵入導緻的 DNA 降解對樣本收集帶來了很大的影響。
而收集不到完整的 DNA,後續就無法進行分子生物檢測,完成 DNA 測序等相關工作,對于昆蟲的系統學、生理學、生态學的研究也都會受限于此。
爲了克服這一問題,以往的研究往往采取提高采樣頻率、或多次更換純酒精等方式,即便如此,昆蟲 DNA 依然無法獲得長期的高質量保存。爲了更好地解決這一問題,更好地對全球昆蟲多樣性進行監測,中國科學院動物研究所、韓國首爾大學、英國帝國理工大學和英國自然曆史博物館等機構,共同開發了一款名爲 "WET" 的昆蟲野外檢測裝置。
WET 裝置,全稱 Water-Exclusion Trap,該裝置外表和現有的誘捕器十分相似,内部則做了改進。常規的收集裝置,窗口下方就是保存介質,盡管昆蟲能夠直接落入介質中,外部雨水同樣也會進入到介質中。而 WET 将原本的收集瓶設計改爲了雙層瓶設計,内瓶導流雨水,外瓶收集昆蟲。設計在内瓶上方增添了一層濾網,昆蟲落入 WET 後,會在濾網上移動,直到抵達外瓶位置才會落入其中,而雨水則會直接從内層瓶的濾網通過,無法進入到昆蟲樣品儲存的外瓶位置。
通過這一看似簡單的設計,大大提高了昆蟲樣本的完整程度,DNA 質量也明顯優于傳統誘捕裝置。而且WET 裝置可通過 3D 進行打印,制作成本上也十分低廉,有助于大面積、快速推廣。它的問世,爲昆蟲多樣性監測、分子生物檢測和其他基于 DNA 技術的研究都提供了有力支持。
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本文爲科普中國 - 星空計劃作品
出品|中國科協科普部
監制|中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
作者丨施南平 科普作者
審核丨陶甯 中科院生物物理研究所 副研究員
責編丨鍾豔平 祁媛(實習生)