利用众包在线数据探究百年引入的艾氏伊氏寄蝇对非靶标物种的影响

【字体: 时间:2025年04月18日 来源:Journal of Pest Science 4.3

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  为探究生物防治引入物种对非靶标物种的影响,研究人员以艾氏伊氏寄蝇( aldrichi)为对象,利用iNaturalist.org众包数据展开研究。结果表明其对非靶标物种的攻击可能性极低,这为评估生物防治引入的影响提供了新视角和证据。

  在生物防治的历史长河中,人类为了对抗害虫,引入了众多生物防治物种。然而,一个棘手的问题逐渐浮现:这些引入的生物在控制目标害虫的同时,是否会对非靶标物种造成负面影响?过去,由于缺乏系统的监测,许多生物防治引入物种对非靶标物种的影响并不明确,“没有证据” 并不等同于 “不存在影响”。而且在 21 世纪之前,生物防治引入后的非靶标效应监测并不普遍,再加上早期对引入昆虫天敌的宿主特异性测试也未常规开展,使得一些宿主范围较广的寄生蜂被引入。这就引发了人们的思考:之前没有记录到某些寄生蜂对非靶标物种的影响,到底是因为缺乏监测,还是它们确实对非靶标物种影响较小呢?
为了解开这些谜团,来自加拿大农业与农业食品部(Agriculture and Agri-Food Canada)、维多利亚大学(University of Victoria)以及加拿大自然博物馆(Canadian Museum of Nature)的研究人员,将目光投向了艾氏伊氏寄蝇( aldrichi)。这种寄蝇在 20 世纪 20 年代从日本引入美国东北部,用于控制入侵的日本甲虫( japonica) 。尽管它已广泛分布并建立种群,但由于缺乏释放后的监测,其宿主特异性一直未得到充分研究。

研究人员开展了一项别出心裁的研究,他们从iNaturalist.org这个在线平台上获取众包数据。这个平台汇聚了大量自然历史观察记录,研究人员通过筛选、整理这些数据,来探究艾氏伊氏寄蝇对非靶标物种的寄生情况。

研究人员首先对从iNaturalist.org下载的 57,439 条金龟科甲虫观察记录进行数据处理。他们手动检查照片,排除模糊、错误鉴定、未显示完整成虫或未展示甲虫前胸背板(艾氏伊氏寄蝇卵最可能出现的位置)的照片。接着,评估分类鉴定的准确性,去除不可信的鉴定,并根据专家鉴定结果对数据进行整理,将加拿大和美国的数据集合并后再次筛选,最终得到 47,925 条用于分析的观察记录。

通过对这些数据的分析,研究人员发现,在 2018 - 2024 年间,在北美东北部,他们统计到 1,098 条日本甲虫带有艾氏伊氏寄蝇特征卵的观察记录。在研究区域内,日本甲虫被寄生的比例为 8.2%。而对于非靶标植食性金龟子,在 21,379 条充分采样的观察记录中,只有 4 条记录显示存在类似艾氏伊氏寄蝇的卵,涉及 3 个物种,这些可能的寄生情况在每个物种中的占比极低,介于 0.08 - 1.3% 之间。并且,非靶标类群携带类似艾氏伊氏寄蝇卵的频率显著低于日本甲虫,其概率与分类学相关性以及艾氏伊氏寄蝇活动期的观察比例均无关。

研究还发现,有 35 条非靶标金龟子带有与艾氏伊氏寄蝇卵不相似的寄生卵。这些卵在形状、大小和颜色上与艾氏伊氏寄蝇卵不同,有的呈橙棕色,形状细长或长椭圆形,有的单独产卵,有的成群产卵。

综合来看,所有证据表明,在北美,艾氏伊氏寄蝇对大多数非靶标金龟子物种的寄生几乎不存在。即使在与日本甲虫亲缘关系较近且活动时间重叠的非靶标物种上,类似艾氏伊氏寄蝇的卵也极为罕见。虽然有少数可能的非靶标寄生案例,但这些案例中的攻击水平极低,对相关物种的长期数量影响不大。

这项研究意义重大。它首次利用众包在线数据评估了历史引入的生物防治剂的宿主特异性,为研究生物防治引入对非靶标物种的影响提供了新的思路和方法。众包数据具有广泛的时空覆盖范围,能够补充传统监测方法的不足。而且,随着这些平台数据量的不断增加和分析方法的日益成熟,众包数据有望成为生物防治项目后释放监测的重要手段。当然,众包数据的可靠性一直是人们关注的问题,研究人员通过评估样本的鉴定准确性、去除不准确的鉴定等方式,确保了数据的质量。未来,生态学家和分类学专家的合作分析,以及机器学习等先进技术的应用,将进一步提升这类研究的可靠性和有效性。

研究人员开展此项研究主要用到以下几个关键技术方法:

  1. 数据获取与筛选:从iNaturalist.org下载大量金龟科甲虫观察记录,手动筛选掉不符合要求的照片,如模糊不清、鉴定错误、未显示完整成虫或关键部位的照片。
  2. 分类准确性评估:通过专家对随机抽取的照片进行鉴定,评估分类准确性,去除不可信鉴定,并根据鉴定结果调整数据中的分类等级。
  3. 数据分析:利用统计分析方法,如计算比例、进行成对 Fisher 精确检验、构建广义线性模型(GLM)等,分析数据,探究艾氏伊氏寄蝇对非靶标物种的寄生情况以及相关因素的影响。

研究结果如下:

  1. 艾氏伊氏寄蝇的地理分布:通过对带有艾氏伊氏寄蝇卵的日本甲虫记录的分析,确定了艾氏伊氏寄蝇在北美东北部的地理范围。
  2. 非靶标物种的寄生情况:在研究范围内,对大量非靶标植食性金龟子进行观察,发现只有极少数个体带有类似艾氏伊氏寄蝇的卵,且这些卵在非靶标物种上的分布频率远低于在日本甲虫上的频率。
  3. 影响寄生的因素:分析结果表明,非靶标类群携带类似艾氏伊氏寄蝇卵的概率与它们和日本甲虫的分类学相关性以及在艾氏伊氏寄蝇活动期的观察比例均无显著关联。
  4. 其他寄生卵的发现:观察到一些非靶标金龟子带有与艾氏伊氏寄蝇卵不相似的寄生卵,这些卵在形态上与艾氏伊氏寄蝇卵存在明显差异。

研究结论和讨论部分再次强调,众包在线自然历史数据为证明艾氏伊氏寄蝇对北美非靶标金龟子的攻击不存在提供了有力证据,这与历史记录相吻合。对于少数可能的非靶标寄生案例,还需要进一步研究来确定是否真的是艾氏伊氏寄蝇所为。此外,研究还凸显了众包数据在生物防治研究中的巨大潜力,为未来生物防治项目的监测和评估开辟了新的道路。
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