標(biāo)本對生物多樣性研究與保護(hù)的支撐作用

標(biāo)本作為生物學(xué)研究的基礎(chǔ)材料和物種名稱的實物載體、參考憑證，對生物學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科的起源和發(fā)展起到了重要的推動作用，基于標(biāo)本收藏的科學(xué)發(fā)現(xiàn)已改變了人類對自身、環(huán)境，以及人類在宇宙中所處位置的認(rèn)知方式。長期以來，自然歷史收藏品一直是研究地球生物多樣性不可或缺的資源，生物標(biāo)本能夠提供世界范圍內(nèi)生物多樣性、分類和歷史分布的信息。這些標(biāo)本信息與空間、環(huán)境等數(shù)據(jù)相結(jié)合可用于支撐廣泛的研究主題，從生態(tài)學(xué)和進(jìn)化論的視角，再到物種多樣性、農(nóng)業(yè)和人類健康方面的應(yīng)用，為生物多樣性保護(hù)、制定瀕危物種保護(hù)政策、構(gòu)建國家生態(tài)安全和生物安全體系提供了科學(xué)依據(jù)和詳實憑證。

20?世紀(jì)中葉以來，計算機技術(shù)使得人們可以對標(biāo)本及其相關(guān)信息進(jìn)行大規(guī)模數(shù)字化處理，從而促進(jìn)了生物多樣性研究的快速發(fā)展。從信息化的角度來看，標(biāo)本的信息化是傳統(tǒng)生命科學(xué)領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新，標(biāo)本信息化數(shù)據(jù)成為生命科學(xué)、信息科學(xué)和計算機科學(xué)前沿和交叉融合的基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)是生物標(biāo)本重要的衍生資源，是標(biāo)本資源實現(xiàn)共享的重要基礎(chǔ)，是現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展的必然要求；同時，對于迅速跟蹤全球氣候和環(huán)境變化、實現(xiàn)生物物種多樣性的鑒定和動態(tài)監(jiān)測、服務(wù)政府和科研機構(gòu)決策、服務(wù)公眾教育均具有重要的現(xiàn)實意義。

標(biāo)本的多維度信息

系統(tǒng)性的生物標(biāo)本收藏場所常被比作圖書館，標(biāo)本類似于圖書館中的參考書；而且，每一個標(biāo)本都是獨一無二的，其能在物種（生物、遺傳、生態(tài)系統(tǒng)多樣性）、空間（地點）和時間（日期）上提供多維信息。標(biāo)本的價值不僅在于提供實物資源和外部形態(tài)特征，還在于其中蘊含的時空數(shù)據(jù)、歷史印跡，及其自身的遺傳資源，這也是標(biāo)本對生物多樣性保護(hù)發(fā)揮支撐作用的重要體現(xiàn)。將標(biāo)本的物種、空間和時間這?3?個維度的信息依次呈現(xiàn)，并與生物多樣性相關(guān)領(lǐng)域相對應(yīng)，則可以看出其不同維度的信息可支撐不同領(lǐng)域的生物多樣性研究。

（1）物種信息。標(biāo)本不僅自然攜帶生物物種本身及在物種基礎(chǔ)上衍生的其他生物多樣性信息（包括各類物種形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物和化學(xué)組成、遺傳信息等），還蘊藏著與標(biāo)本相關(guān)的非生物信息，如鳥類羽毛上的環(huán)境微量元素和環(huán)境污染物。人類認(rèn)識自然界及其特征和規(guī)律，首先要為自然界的組成成分命名。對生物的命名古已有之，至?18?世紀(jì)林奈提出生物分類系統(tǒng)并創(chuàng)立“雙名命名法”后趨于成熟，人類才能夠系統(tǒng)地、科學(xué)地為各種生物進(jìn)行分類和命名。19?世紀(jì)是人類開始大規(guī)模探索自然的時代，自然地理學(xué)、氣象學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物地理學(xué)和進(jìn)化論等學(xué)科逐步建立，生物學(xué)的發(fā)展也使得物種概念不斷完善和精確，這一過程也伴隨著大量世界范圍的大規(guī)模探險，以及標(biāo)本資源收集、保存、積累和研究。沒有考察和標(biāo)本的采集、鑒定、研究，就不可能出現(xiàn)達(dá)爾文的進(jìn)化論，以及華萊士的動物地理學(xué)。標(biāo)本經(jīng)過研究和定名，就可歸納出物種信息，這些標(biāo)本攜帶的物種信息被應(yīng)用于物種的認(rèn)知與生物多樣性編目，成為生命科學(xué)各領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)。

（2）物種信息+空間信息。采集或獲取標(biāo)本時，會記錄采集地點、經(jīng)緯度、海拔，甚至山脈、河流等能夠體現(xiàn)空間分布位置的信息?？臻g信息能夠反映物種的分布、遷移等規(guī)律，其再結(jié)合物種的個體數(shù)量、歷史分布記錄等，可應(yīng)用于瀕危物種保護(hù)與管理及外來物種入侵防治等領(lǐng)域。

（3）物種信息+空間信息+時間信息。標(biāo)本還會攜帶采集日期、時間、季節(jié)等時間信息，再結(jié)合物種和空間信息，則可揭示生物多樣性的分布格局與變化規(guī)律，進(jìn)而用于生物多樣性監(jiān)測和保護(hù)策略的制定。此外，結(jié)合氣候或地質(zhì)變化、人類活動等因素，可研究和探討物種地理分布格局和生物多樣性變化的過程與機制。

標(biāo)本信息對生物多樣性保護(hù)相關(guān)領(lǐng)域的支撐作用

物種認(rèn)知與生物多樣性編目

（1）支撐物種認(rèn)知。從物種的角度看，標(biāo)本是物種分類的最重要實物依據(jù)，是物種名稱的載體或憑證，也是鑒定未知物種的重要參照。① 新物種描記、新記錄種發(fā)現(xiàn)。據(jù)中國科學(xué)院生物標(biāo)本館（博物館）工作委員會的統(tǒng)計，依托中國科學(xué)院的?20?家生物標(biāo)本館收藏，每年平均描述新物種?150?個以上。近年來基于館藏標(biāo)本，陸續(xù)發(fā)表了一批重要的新分類單元。例如：中國科學(xué)院成都生物研究所建立了樹蛙科（Rhacophoridae）1?新屬——張樹蛙屬（Zhangixalus）?；中國科學(xué)院植物研究所等單位利用館藏標(biāo)本材料獲得的分子數(shù)據(jù)建立了美麗桐科（Wightiaceae），這是中國學(xué)者發(fā)表的第?6?個被子植物科；中國科學(xué)院動物研究所基于分子數(shù)據(jù)和館藏標(biāo)本，建立了?2?個鳥類新科——麗星鷯鹛科（Elachuridae）和雀鹛科（Alcippeidae），同時建立了?1?個鳥類新屬——類鳳鹛屬（Parayuhina）?，描述了?1?個鳥類新種——四川短翅鶯（Locustella chengi）?。② 物種分類地位的系統(tǒng)厘定。對物種分類的厘定也是物種認(rèn)知中一項重要的持續(xù)性工作，不斷積累的標(biāo)本滿足了研究人員大量查閱的需求，而中國科學(xué)院標(biāo)本館每年為國內(nèi)外學(xué)者提供標(biāo)本檢視達(dá)?6?000?人次以上。例如，中國科學(xué)院成都生物研究所兩棲爬行動物標(biāo)本館有中國最全面、數(shù)量最多的兩棲類和爬行類動物標(biāo)本收藏；基于標(biāo)本收藏，科研人員系統(tǒng)地評估和修訂了中國爬行綱動物的分類體系和物種，提供了中國爬行綱?3?目?30?科?132?屬?462?種的最新分類厘定名錄。

（2）支撐生物多樣性編目。生物志書的編纂是生物多樣性編目最重要的工作。對生物資源的考察、研究和志書的編纂反映了一個國家生命科學(xué)的基礎(chǔ)水平?。① 國家級編目工作。基于館藏標(biāo)本開展的以“三志”（《中國動物志》《中國植物志》和《中國孢子植物志》）為代表的各類生物志書的編研，極大地提升了我國生物標(biāo)本的鑒定率，這些充分說明標(biāo)本有效支撐了對物種的發(fā)現(xiàn)、描記、厘定與編目。自?20?世紀(jì)?50?年代開始并延續(xù)更新至今的“三志”編研是一項摸清我國生物資源家底的重大系統(tǒng)工程，是我國生物多樣性編目的重要標(biāo)志性成果??！叭尽币袁F(xiàn)代生命科學(xué)的研究方法對中國生物資源進(jìn)行全面而系統(tǒng)的普查，極大地提高了我國生物資源的認(rèn)知水平，促進(jìn)了生物分類學(xué)及其他生物學(xué)科的快速發(fā)展。中國科學(xué)院是“三志”編研組織者和主要完成者之一。以獲得國家自然科學(xué)獎特等獎的《中國植物志》為例，其編研工作歷經(jīng)?60?余年，共計出版?80?卷?126?冊?5?000?多萬字，記錄中國植物物種?301?科?3?408?屬?31?142?種，而其中?65?卷?110?冊由中國科學(xué)院的專家參與完成，且支撐《中國植物志》編研的標(biāo)本?80%?都保存在中國科學(xué)院各植物標(biāo)本館。《中國動物志》迄今出版?163?卷?11?315.9?萬字，記載我國動物?1?043?科?7?844?屬?39?567?種，《中國孢子植物志》出版?110?卷?4?629?萬字，記載我國孢子植物?394?科?2?259?屬?19?414?種。“三志”編研過程中，所采集的絕大部分標(biāo)本均保存在中國科學(xué)院生物標(biāo)本館中，同時各標(biāo)本館也為志書的編研提供了大量的標(biāo)本與信息查閱等服務(wù)。② 省級編目工作。我國大部分的省份也完成了省級的物種名錄或生物志書的編纂?。中國科學(xué)院生物標(biāo)本館在各省份的編撰工作中也起到了重要的支撐作用。例如，中國科學(xué)院華南植物園依托標(biāo)本館提供大量標(biāo)本開展《廣東植物志》編研，為全面展現(xiàn)廣東省植物多樣性奠定了重要基礎(chǔ)。③ 國外編目工作。隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn)，近年來我國加強了與“一帶一路”沿線國家的合作研究，開展了多項聯(lián)合資源考察，所采集的標(biāo)本支撐了一系列生物多樣性方面的研究并取得重要成果，如最典型代表的《泛喜馬拉雅植物志》，以及即將完成編研并出版的《肯尼亞植物志》等。

瀕危物種保護(hù)與管理

生物多樣性保護(hù)與利用越來越受到世界各國的重視，社會公眾也認(rèn)識到野生動植物保護(hù)的意義和重要的生態(tài)與應(yīng)用價值。而標(biāo)本和其他調(diào)查研究顯示，部分物種已表現(xiàn)出明顯的種群數(shù)量降低和分布范圍縮小，面臨著生存危機。標(biāo)本所提供的歷史記錄成為編制瀕危物種紅色名錄和確定瀕危物種分類等級的重要依據(jù)。

（1）編制瀕危物種紅色名錄。有些珍稀瀕危物種野外很難見到，只有在標(biāo)本館才能看到其“尊容”，如：中國科學(xué)院水生生物研究所水生生物博物館保藏的白鱘（Psephurus gladius）和白鱀豚（Lipotes vexillifer）標(biāo)本、中國科學(xué)院成都生物研究所兩棲爬行動物標(biāo)本館保藏的滇池蠑螈（Cynops wolterstorffi）標(biāo)本等?；谥袊茖W(xué)院和有關(guān)高等院校標(biāo)本館館藏標(biāo)本的歷史分布信息及文獻(xiàn)記錄，研究人員對中國野生脊椎動物瀕危狀況進(jìn)行了全面評估，編制了《中國脊椎動物紅色名錄》。此外，標(biāo)本保藏機構(gòu)也越來越多地直接參與到瀕危物種的評估工作中。例如，中國科學(xué)院微生物研究所菌物標(biāo)本館牽頭編寫的《中國生物多樣性紅色名錄—大型真菌卷》，是我國第一部官方真菌紅色名錄，也是我國首次采用國際自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）標(biāo)準(zhǔn)全面評估大型真菌的受威脅狀況；中國科學(xué)院成都生物研究所兩棲爬行動物標(biāo)本館參加了《中國爬行動物紅色名錄》的評估，對我國兩棲爬行類生物多樣性和受威脅狀況進(jìn)行研究，這是迄今為止研究對象最廣、信息最全、參與專家人數(shù)最多的一次評估，對中國兩棲爬行動物研究和資源保護(hù)與利用，具有重要意義。

（2）確定瀕危物種分類等級。自?2019?年始，全國昆蟲紅色物種評估工作團隊組織了90多家高等院校和科研院所的?200?多位昆蟲分類學(xué)者參與名錄信息的調(diào)查或評估審核?；谌珖饔嘘P(guān)單位的館藏昆蟲標(biāo)本，采集物種信息?200?多萬條，按照國際自然保護(hù)聯(lián)盟制定的紅色物種評估標(biāo)準(zhǔn)，對全國范圍的野生昆蟲物種的生存狀況、資源數(shù)量、分布和受威脅變化狀況進(jìn)行專項評估，共涉及六足亞門?4?綱?31?目?401?科14?549?種。通過評估，初步掌握了我國野生昆蟲物種資源的數(shù)量、分布和受威脅變化狀況，為國家制定野生物種多樣性保護(hù)行動和保護(hù)名錄、開展全國性昆蟲物種多樣性本底調(diào)查和昆蟲資源合理利用等提供了科學(xué)依據(jù)；同時，也為開展相關(guān)科學(xué)研究和科學(xué)普及教育提供了基礎(chǔ)性指導(dǎo)，更為推進(jìn)我國承諾的國際《生物多樣性公約》和《中國生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動計劃（2011—2030?年）》作出了貢獻(xiàn)。

國門生物安全與外來物種入侵防治

生物安全是國家安全的重要組成部分，而國門生物安全是一個國家生物安全的第一道安全防線和屏障。加強國門口岸查驗、實施早期預(yù)警、構(gòu)筑口岸檢疫防線是防范外來物種入侵和動植物疫情傳播的重要保障，而口岸截獲物的快速有效鑒定是口岸準(zhǔn)確執(zhí)法的關(guān)鍵，對于截獲物的鑒定則離不開生物標(biāo)本的支撐。物種的鑒定需要已有定名標(biāo)本作為參照物進(jìn)行比對；而對于動、植物制品的鑒定與判別不僅需要標(biāo)本的比對，也需要基于定名物種獲取的?DNA?信息（如?DNA?條形碼信息）作為重要的支撐數(shù)據(jù)。對于外來入侵物種而言，其標(biāo)本早已被用于入侵物種的鑒定、分布區(qū)的確定、種群來源和傳播速度的判斷，以及生態(tài)影響評估等，而入侵物種及其近緣種的標(biāo)本也是快速鑒定與有效防范生物入侵的關(guān)鍵材料。

依托生物標(biāo)本館和館藏標(biāo)本資源，“十三五”期間中國科學(xué)院在國門生物安全方面部署了多個重要項目，建立了國門生物安全動植物標(biāo)本分館，包括實體庫和信息庫；構(gòu)建了中國入侵生物信息庫、外來入侵植物?DNA?條形碼數(shù)據(jù)庫、進(jìn)境植物檢疫性真菌數(shù)據(jù)庫及綜合鑒定系統(tǒng)等一系列數(shù)據(jù)平臺?；跇?biāo)本和物種分布信息，解析了“一帶一路”沿線入侵脊椎動物的引種風(fēng)險；基于生態(tài)位模型預(yù)測了這些入侵種建立種群的適宜棲息地；基于物種已有分布和環(huán)境氣候因子，對新截獲的重要有害生物進(jìn)行風(fēng)險分析和評估，為我國環(huán)境保護(hù)部（現(xiàn)“生態(tài)環(huán)境部”）發(fā)布第三、四批《中國外來入侵物種名單》提供了本底數(shù)據(jù)支持。中國科學(xué)院還與海關(guān)合作監(jiān)測口岸外來入侵生物，截獲并鑒定出一批國外已入侵并大規(guī)模擴散的惡性入侵植物，在進(jìn)境植物上?10?余次檢出疫情。這些成果從一個側(cè)面說明標(biāo)本及其攜帶的生物學(xué)信息，對國門生物安全監(jiān)測和防范外來物種入侵具有非常重要的支撐作用。構(gòu)建我國生物安全的“天網(wǎng)”，需要優(yōu)先布局針對性的標(biāo)本收集、保藏，建設(shè)基于標(biāo)本的快速檢測技術(shù)與鑒定平臺，也包括人才儲備。

生物多樣性監(jiān)測

生物資源調(diào)查、收集和保護(hù)是生物學(xué)研究和生物資源利用的基礎(chǔ)，關(guān)系到國家的自然資源安全、社會發(fā)展和生物學(xué)相關(guān)的研究，具有重要的戰(zhàn)略意義。在《中國生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動計劃（2011—2030年）》中列出了?10?個生物多樣性保護(hù)優(yōu)先領(lǐng)域與行動，“開展生物多樣性調(diào)查、評估與監(jiān)測”是其中之一。而生物多樣性調(diào)查、評估、收集和保護(hù)等工作都離不開經(jīng)典分類和標(biāo)本的支撐。

目前，我國已建立了一些國家級的生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以收集生物多樣性數(shù)據(jù)，而標(biāo)本則是其中重要的數(shù)據(jù)來源，并且能夠提供稀缺的、獨一無二的歷史記錄。例如，從?20?世紀(jì)?50?年代開始，中國科學(xué)院水生生物研究所進(jìn)行全國水生生物基礎(chǔ)調(diào)查，開創(chuàng)了中國魚類學(xué)、藻類學(xué)、原生動物學(xué)等基本學(xué)科，并將采集到的標(biāo)本保存在水生生物博物館。近年來研究人員利用這些標(biāo)本，首次對長江流域魚類進(jìn)行了全面的多樣性評估，并建立了長江魚類?DNA?條形碼參考數(shù)據(jù)庫。這些工作及對長江魚類長期不間斷的監(jiān)測，推動了長江流域生物多樣性的保護(hù)，使長江“十年禁漁”成為現(xiàn)實。

物種分布格局與生物多樣性變化研究

（1）支撐物種分布格局研究。一個物種的分布反映了該種生存的范圍和棲息環(huán)境，區(qū)系則是一個區(qū)域生物類群物種組成與時空分布的綜合反映。標(biāo)本能提供可靠、直接的物種分布信息。將物種分布信息數(shù)字化，可基于分布信息大數(shù)據(jù)開展生物地理和物種區(qū)系研究。我國在區(qū)系調(diào)查與分析、分布區(qū)類型劃分、生物地理等方面有了豐富的積累。近年來，隨著生物地理學(xué)新方法、新理論的出現(xiàn)和運用，以及大數(shù)據(jù)分析相關(guān)模型的建立，區(qū)系/多樣性格局研究開始深入到了定量解釋區(qū)系/格局現(xiàn)象和探索其形成機制的新發(fā)展階段。例如：① 植物多樣性研究領(lǐng)域。科學(xué)家基于館藏標(biāo)本獲取了中國?92%?被子植物屬的進(jìn)化時間樹和?140?余萬條詳盡的空間分布數(shù)據(jù)，揭示了中國被子植物多樣性分布格局的進(jìn)化歷史，以及中國被子植物進(jìn)化的“博物館”和“搖籃”，并通過識別中國被子植物系統(tǒng)發(fā)育多樣性熱點地區(qū)，提出了優(yōu)先保護(hù)策略。② 昆蟲多樣性研究領(lǐng)域。基于大量標(biāo)本的物種分布信息，以重要農(nóng)林昆蟲類群——半翅目為對象，構(gòu)建了中國半翅目昆蟲地理分布數(shù)據(jù)集，并在此基礎(chǔ)上開展了全面的多樣性格局分析，檢驗了不同類型的環(huán)境因子對不同地區(qū)半翅目昆蟲多樣性的影響是否存在差異，提出了山區(qū)是否是半翅目昆蟲多樣性時空格局演化過程中的“博物館”“搖籃”等科學(xué)假說。③ 爬行動物研究領(lǐng)域。充分利用標(biāo)本館歷史收藏與近?10?年密集考察的標(biāo)本積累獲取大量形態(tài)信息，結(jié)合分子數(shù)據(jù)探討了西藏兩棲爬行動物的適應(yīng)與進(jìn)化；同時，根據(jù)標(biāo)本提供的分布信息，系統(tǒng)分析了西藏兩棲爬行動物地理區(qū)系，為西藏兩棲爬行動物的多樣性格局與演化研究提供了有力支撐。

（2）基于標(biāo)本信息深度挖掘進(jìn)行生物多樣性變化的研究。標(biāo)本的獨特性還在于其能夠提供從數(shù)百萬年前到現(xiàn)在的巨大時間跨度的科學(xué)數(shù)據(jù)，從而支撐有關(guān)物種減少和生物多樣性喪失的研究。基于不同歷史階段的標(biāo)本信息闡釋物種對環(huán)境變化的適應(yīng)，基于館藏標(biāo)本通過分子水平的研究來探討物種瀕危的機制，是對標(biāo)本深層次價值的挖掘。促進(jìn)有關(guān)全球變化的研究就是標(biāo)本這一價值的集中體現(xiàn)。全球變化已經(jīng)成為現(xiàn)代生物學(xué)研究的焦點，但由于缺乏橫跨“人類世”的生物數(shù)據(jù)，人們對人類因素如何影響生物多樣性和自然資源的了解受到限制。在生物標(biāo)本館中保存的大量植物、動物和真菌標(biāo)本則可突破這一限制，為全球變化生物學(xué)研究提供非常寶貴的實物憑證和信息。國外在該領(lǐng)域已有相當(dāng)多的研究，國內(nèi)近年也有成功嘗試。例如，中國科學(xué)院植物研究所利用館藏香蒲屬臘葉標(biāo)本，基于不同時間的葉表面氣孔形態(tài)特征與其對應(yīng)時代的環(huán)境二氧化碳信息，建立植物氣孔指數(shù)與大氣二氧化碳濃度回歸方程，重建了第三紀(jì)、第四紀(jì)之交的大氣二氧化碳濃度。該研究還整合前人數(shù)據(jù)構(gòu)建出首條?500?萬年以來陸地生態(tài)系統(tǒng)中全球大氣二氧化碳濃度變化曲線，進(jìn)而探討了二氧化碳對全球氣候變化的影響，從而有助于政府和社會各界共同理解、思考、制定對策以應(yīng)對當(dāng)前和未來的氣候變暖，兼具理論和現(xiàn)實雙重意義。