除草剂与帝王蝶研究引发生态争议

一些科学家质疑博物馆数据分析,该分析表明草甘膦不是导致昆虫数量下降的原因

一只帝王蝶停在一株马利筋植物上。

自20世纪90年代以来,帝王蝶的数量一直在下降,一些研究将此归因于转基因作物的大量种植,这些作物可以耐受草甘膦除草剂“农达”。作物通常都会喷洒这种除草剂,杀死除转基因植物之外的所有植物,其中也包括帝王蝶专门用来产卵的马利筋。据一项估计,在过去20年中,玉米和大豆田中已经消失了约8.5亿株马利筋植物,这占帝王蝶支持基础设施的71%。

虽然帝王蝶数量下降与除草剂之间的相关性非常明显,但科学家之间的共识并不普遍。气候变化、迁徙过程中的死亡以及墨西哥越冬栖息地的丧失也被认为是原因。最近一项研究利用博物馆的馆藏品表明,帝王蝶的数量在草甘膦除草剂发明之前的几十年就开始下降,但这一结论正受到一些研究这些蝴蝶的生态学家的批评。

准确评估昆虫种群趋势(更不用说造成这些趋势的原因)非常棘手,特别是对于迁徙物种而言。一个问题是缺乏长期数据:直到最近,才有人持续监测昆虫群落。“要真正了解它们的情况,我们需要对它们进行长期监测,”澳大利亚新英格兰大学的生态学家玛努·桑德斯说。“当然,这种情况并没有发生,我们现在也无法回到过去进行监测。”上个月,发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究尝试了一种虚拟的时间旅行,利用1900年以来的马利筋和帝王蝶标本的数字化博物馆记录来评估种群趋势。分析表明,马利筋和帝王蝶都从20世纪50年代开始下降,远早于草甘膦的出现。鉴于这种相关性,作者宣称将帝王蝶的减少归咎于使用耐除草剂作物的做法“既不简洁,也没有充分的数据支持”。(简洁性是科学家所说的最简单的解释,符合观察到的证据。)


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这引起了研究帝王蝶的生态学家团体的注意。《美国国家科学院院刊》研究的作者免费提供了他们的数据,其他几位科学家开始重新评估这些数据。俄勒冈州立大学的昆虫学家泰森·韦普里希显然是第一个发现该研究缺陷的人。为了控制博物馆收藏实践中可能出现的不一致,作者将帝王蝶的数量评估为博物馆所有鳞翅目(包括蝴蝶和蛾的目)标本的比例。但韦普里希认为他们忽略了一个事实,即上个世纪鳞翅目昆虫的采集方法发生了变化,他说这种变化有利于蛾类的采集。

在20世纪40年代,鳞翅目昆虫学家开始使用诱虫灯来采集标本。将一盏电灯悬挂在采集容器上方,然后将装置放置过夜,以捕获任何恰好经过并飞入灯光的蛾。诱虫灯是颠覆性的;它们使捕捉夜蛾的效率大大提高,韦普里希说,这是导致博物馆收藏的蛾类比例从20世纪50年代开始上升的原因。为了纠正这一点,他重新评估了《美国国家科学院院刊》研究中帝王蝶数量的数据,仅占蝴蝶的比例,发现从1900年到1980年没有变化。韦普里希在2月下旬在预印本网站bioRxiv上发表了他的研究结果,在推特上发布了他对该论文的质疑,并且还向《美国国家科学院院刊》提交了一封信。他说,这改变了网上对话的基调:从“人们阅读[《美国国家科学院院刊》论文的]标题并认为草甘膦免责,到人们更加批判性地看待来自零星记录的昆虫数量主张”。

康奈尔大学生态学家阿努拉格·阿格拉瓦尔,他在2016年进行的研究是最早对马利筋损失在帝王蝶数量下降中起过大作用提出质疑的研究之一,他认为《美国国家科学院院刊》的论文为该领域带来了重要的新数据,而该领域一直缺乏数据。阿格拉瓦尔说,韦普里希对分析的批评是“合理的”,但博物馆的记录“最终将与我们正在努力拼凑的许多其他[数据集]具有同等的权重和重要性,以了解帝王蝶数量的下降”。《美国国家科学院院刊》论文的第一作者、威廉与玛丽学院的生态学家杰克·博伊尔也表示,他认为韦普里希的发现并未影响该研究的结论,他指出重新分析并未对马利筋的结果提出异议。“但我们主要是很高兴人们在讨论这个问题,因为我们对利用博物馆记录来了解过去各种各样的事情的可能性感到非常兴奋,”博伊尔说。

博物馆馆藏的数字化使得大量数据比以往任何时候都更容易获取,这可能会激发生物多样性研究。但几位没有参与《美国国家科学院院刊》研究的生态学家敦促在使用博物馆记录评估一个物种的长期数量时要谨慎。“我们不知道人们在哪里进行了调查,调查了多少,或者在哪里没有进行调查,”密歇根州立大学的生态学家伊莉斯·齐普金说,她解释说,记录只显示博物馆的馆藏中是否存在标本。乔治城大学的生态学家莱斯利·里斯表示同意。“使用博物馆记录来查看数量趋势真的很难,”她说,她解释说,许多馆藏并不一定反映现实世界中发生的事情。“其中很多来自某人在特定时期在特定地区进行了大量采集的馆藏,”她说,生态模型必须仔细考虑这个过程。   

当然,探究帝王蝶数量下降原因的潜在目标是阻止甚至扭转这种趋势。“除非我们知道是什么在驱动”物种丧失,否则我们无法取得任何进展,威斯康星大学麦迪逊分校植物园主任*凯伦·奥伯豪泽说,她在1996年创立了帝王蝶幼虫监测项目。“对于帝王蝶,我们知道我们失去了什么,[而且]我们知道我们在哪里失去了它。”通过经验确定这些损失的驱动因素,生态学家可以提出政策措施并制定土地管理决策。塔夫茨大学的生态学家伊丽莎白·克罗恩建议进行小型研究,这些研究可以扩大规模,以提供管理建议。“这至少可以为您提供当地土地管理者和更高级别的保护决策者想要的规模的答案,”她说。她说,大型数据收集工作也很有用,但与博物馆记录一样,它们也往往存在由抽样变化引起的问题。

国家奥杜邦学会的保护生物学家莎拉·桑德斯(与玛努·桑德斯无关)表示,使用多种技术来弄清楚物种或种群的情况是理想的选择。“我们是否在不同的分析和模型中得出相同的结论并获得相似的结果?”她问道。“如果是这样,那么我们就指向了一个方向,该方向在为恢复和保护行动提出建议方面似乎非常有意义。”奥伯豪泽说,最终,保护生物多样性符合我们自身的最佳利益。“从长远来看,导致帝王蝶和其他物种灭绝的事情将会伤害我们,”她说。“通过尽我们所能改变这些条件,使其他物种不致灭绝,我们就是在帮助自己。”

*编者注 (2019/3/21): 凯伦·奥伯豪泽的隶属关系已更新。她是威斯康星大学麦迪逊分校植物园的主任。

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