新技术革新昆虫研究

哥斯达黎加的一个自动昆虫相机陷阱。

　　

新兴技术正在改变昆虫研究和环境监测。利用人工智能分析DNA，图像，声音和飞行模式，我们可以解锁对昆虫世界的新见解。

最近对昆虫数量大幅下降的担忧促使研究人员紧急收集有关其现状的数据。

“到目前为止，这些数据仅适用于少数昆虫群体和选定地区。为了改善现状，我们需要紧急评估世界各地所有类型的昆虫，”德国综合生物多样性研究中心(iDiv)的高级研究员、本期特刊的主编Roel van Klink说。

考虑到昆虫的数量之多，以及区分它们的难度之大，获得关于昆虫趋势的完整信息仍然是一项艰巨的任务。现在，技术上的突破为全球昆虫调查铺平了道路。

由于技术的突破，我们现在可以利用昆虫的各种不同特性来追踪它们。例如，许多昆虫发出声音，这是它们物种的特征。使用散布在环境中的廉价设备，我们可以记录这些声音，然后将它们分配给产生这些声音的昆虫。作为一种替代方案，我们可以吸引昆虫来照明，然后拍摄它们并识别图像。利用雷达甚至激光束，我们可以远程感知昆虫，并根据它们的大小和振翅来识别它们。最后，我们可以从昆虫身上提取DNA——或者从它们在环境中的痕迹中提取DNA，包括水或空气——然后用它们的基因序列来记录和识别它们。

新技术的潜力

“这些新方法具有巨大的潜力，可以弥补我们在昆虫方面的巨大数据缺口。它们可以以更低的成本为我们提供新的、更多的、更好的数据，部分原因是半自主或完全自主的数据收集。新技术通常也避免杀死昆虫，”丹麦奥胡斯大学生态科学系生态学教授Toke Thomas Høye说。

最重要的是，这些新方法减少了我们对专家的依赖，因为能够区分昆虫的人很少，而且工作负担过重。他们可以教计算机做日常工作，而不是把宝贵的专业知识用在每一个昆虫样本上，然后把注意力集中在真正需要他们专业知识的任务上。

对于大多数昆虫来说，没有人了解它们，这一事实增加了对昆虫物种自动化处理的需求。据估计，五分之四的昆虫物种仍然不为科学所知，因此甚至没有名字。如果我们继续用传统的方法来描述它们，将需要一千年以上的时间。

“现在，基于计算机的方法和人工智能可以大大加快描述地球上生命的任务。瑞典农业科学大学昆虫生态学教授Tomas Roslin说:“通过教计算机如何区分昆虫，我们可以理解数十亿的图像，数百万的录音和数万亿的DNA序列。”

“这些技术进步将彻底改变我们对昆虫的认识。它们使调查各种昆虫成为可能。虽然迄今为止它们是在彼此孤立的情况下发展起来的，但我们的特别问题是它们融合的开始。通过将它们结合起来，我们将对世界各地的昆虫有前所未有的了解。瑞士联邦研究所(WSL)的Silke Bauer博士说。“然而，为了实现全球洞察力和平等，我们需要确保技术本身和生成的数据对每个人都可用。”

这些进展和原理在新一期的《Royal Society B》中得到了展示，为任何对昆虫世界以及我们如何研究昆虫世界感兴趣的人提供了一个全面的入口。

参考文献:“Towards a toolkit for global insect biodiversity monitoring” by Roel van Klink, Julie Koch Sheard, Toke T. Høye, Tomas Roslin, Leandro A. Do Nascimento and Silke Bauer, 24 June 2024, Philosophical Transactions of the Royal Society B.