图源：https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2024/butterfly-migration-pollen-tracking导读：
每年，数万亿只昆虫在全球范围内迁徙。科学家正致力于探索新方法，以绘制它们漫长旅程的路线图。Saugat Bolakhe | 撰文
一个温暖的夏日清晨，66岁的西尔万·库韦利耶（Sylvain Cuvelier）带着14岁的孙女走进他位于比利时伊珀尔的花园，想认出并记下所有在繁花间飞舞的蝴蝶。平日里，他会帮助科学家捕捉蝴蝶样本，用GPS记录每次观测的位置，并将数据录入Excel表格。有时，他还会将样本寄给合作的学者，以便他们分析附着在蝴蝶身上的花粉粒。
这些由库韦利耶这样的公民科学家收集的小小花粉粒，正在帮助研究人员追踪昆虫用数代“生命接力”环游世界的足迹，揭秘迄今难以捉摸的昆虫迁徙模式。
科学家们已经能够通过花粉确认每群蝴蝶旅程的起点，甚至推测出触发它们迁徙的可能事件。这些发现或许能帮助环保人士更好的理解气候变化造成的影响，不仅关乎昆虫本身，还涉及它们的迁徙和所栖息的生态系统。
许多昆虫一生都待在一个地方，另一些则像候鸟一样迁徙，以躲避恶劣天气、寻找食物或进行繁衍。有研究估计，每年有数万亿只昆虫在全球范围内迁徙，但科学家对它们的去向以及如何到达某地知之甚少。
追踪昆虫的迁徙不像追踪鸟类或哺乳动物那么简单。波兰科学院克拉科夫分院的分子生态学家托马斯·苏查恩 (Tomasz Suchan)说：“你可以给鸟类安装脚环，或者用无线电追踪，很容易就能证明它们从A点移动到了B点。”但大多数昆虫太小了，无法使用这些技术。
在北美，研究人员在追踪黑脉金斑蝶（俗称“帝王蝶”）方面取得了一些进展。这种蝴蝶因其从加拿大南部和美国北部迁徙到墨西哥中部的壮举而闻名。早在20世纪90年代初，“守护帝王蝶”（Monarch Watch）公民科学项目就开始在落基山脉附近为这些蝴蝶做标记。截至目前，已有超过200万只帝王蝶被标记，其中超过19,000只在墨西哥的冬季栖息地被发现，为生物学家追踪帝王蝶的迁徙路线提供了重要依据。然而，对于没有明确聚集地的蝴蝶，追踪起来更为困难。例如，小红蛱蝶经常在秋季出现在欧洲，有时数量非常多。“然后它们就消失了，我们真不知道它们去了哪里，”巴塞罗那植物研究所的昆虫学家赫拉尔德·塔拉韦拉（Gerard Talavera）说。
小红蛱蝶。图源：Jean and Fred Hort/Flickr
几年前，塔拉维拉和他的团队想到，或许可以分析蝴蝶身上累积的花粉，从而间接追踪它们的迁徙轨迹。每当蝴蝶为吸吮花蜜停留在花朵上时，就会粘上一些花粉粒。如果研究人员能根据花粉识别出植物种类，确认这些植物的花期和分布位置，并随着蝴蝶到达不同地理区域持续跟踪，或许就能还原出蝴蝶完整的迁徙轨迹。“这就好比给它们装上了GPS，”塔拉韦拉说：“因为实际上不可能做到，所以这已经是目前最接近的替代方案了。”在2019年，科学家得以验证这一设想。当时，小红蛱蝶经历了一次罕见的种群激增。当成群的小红蛱蝶3月出现在中东和地中海地区时，公民科学家捕捉了蝴蝶样本，并保存在酒精溶液中寄到了塔拉韦拉的实验室。在实验室中，研究人员从蝴蝶身上分离出花粉粒，并对花粉的一段特定DNA序列进行测序。这段序列为每种植物提供了独特的标识，被称为宏条形码。在随后的几个月中，蝴蝶的种群激增逐渐扩展到东欧、北欧和西欧，最终于11月初抵达摩洛哥南部。在此期间，公民科学家持续采集蝴蝶样本，为研究提供支持。
在七个月内，研究人员获得了从10个不同国家采集的265只小红蛱蝶样本，并通过它们身上的花粉识别出398种植物，可以用来回溯蝴蝶在过去一年中的活动轨迹。研究发现，在俄罗斯、斯堪的纳维亚半岛和波罗的海国家观察到的蝴蝶群，很可能是阿拉伯和中东地区蝴蝶的后代。这些种群随后扩展到东欧，继而迁移至斯堪的纳维亚和西欧，并最终在英国、法国和西班牙形成了明显的种群增长。接着，蝴蝶可能继续迁徙至摩洛哥南部，并进一步前往热带非洲，完成它们的年度迁徙周期。
2019年小红蛱蝶的种群激增始于中东，并引发了覆盖欧洲和非洲的大规模多代迁徙。图中实线表示经过花粉证实的迁徙路径，虚线表示根据蝴蝶观察推测但未经花粉验证的迁徙路径。地图上的不同颜色代表蝴蝶的不同世代。
花粉记录甚至为2019年小红蛱蝶的突然大量出现，提供了可能的解释。在种群激增初期，从地中海东部采集的蝴蝶样本携带的花粉，主要来自北阿拉伯和中东地区的半干旱灌木丛、草地和盐沼中的植物。研究人员分析卫星图像发现，该地区在2018年12月到2019年4月期间发生了异常强降雨，导致植物迅速生长。研究人员推测，植被的爆发式增长为蝴蝶提供了理想的觅食和繁殖条件，引发了蝴蝶的种群暴发，并由此造成了影响多代蝴蝶迁徙的连锁效应。
塔拉韦拉团队还利用花粉特征，追踪了其他的蝴蝶迁徙轨迹。例如，2013年，人们在南美洲法属圭亚那的海岸发现了小红蛱蝶的踪迹。然而小红蛱蝶并不生活在南美洲，它们从何而来成了一个谜。十年后，塔拉韦拉团队对当年保存的蝴蝶样本进行了花粉分析，发现样本中最常见的花粉来自植物回元茶（Guiera senegalensis），一种仅生长在撒哈拉以南非洲地区的植物。
结合海岸调查、风向模式、花粉分析和环境条件，研究人员确认这些蝴蝶可能连续飞行长达八天时间，从非洲跨越了大西洋。这一发现首次证实了昆虫能够飞越大西洋。
“利用花粉宏条形码追踪蝴蝶每一代的来源及其迁徙过程是一种非常新颖的方法。” 德克萨斯农工大学的生物学家克里斯汀·梅林（ Christine Merlin）表示。她是《昆虫学年评》 中一篇关于蝴蝶迁徙神经生物学文章的合著者。梅林指出，相比用传统的同位素标记法追踪昆虫化学组成的区域差异，花粉分析法能精确识别植物物种，因此更为准确。
虽然小红蛱蝶是研究昆虫迁徙的理想模式生物，但研究人员相信，这一方法同样适用于其他积极采集花蜜的迁徙授粉者，例如其他蝴蝶、食蚜蝇、黄蜂、甲虫以及蛾类。
随着气候变化的加剧，追踪昆虫的迁徙路线会变得愈发重要，因为这些昆虫不仅能携带花粉，也会携带真菌病原体。事实上，苏查恩已经在一些蝴蝶身上检测到了多种真菌。目前已知约有1,000种真菌会感染昆虫，有超过19,000种真菌会影响农作物。迁徙的昆虫可能会将这些真菌疾病传播到其他大洲，进而对生态系统和经济造成潜在风险。塔拉韦拉、苏查恩和同事希望利用花粉特征绘制迁徙模式的变化图，从而预测真菌疾病可能暴发的区域。
与此同时，库韦利耶则希望继续和孙女一起数蝴蝶。他认为，生态学家需要越来越多的“大数据”来理解大规模现象，而如果没有公民科学家的参与，“研究人员不可能收集到如此庞大的数据库。” 他还指出，年轻人参与公民科学，不仅能学到如何捉蝴蝶，更重要的是，“他们会了解大自然，并因此对这个世界充满好奇。”
Saugat Bolakhe是一位自由撰稿的科学记者。他本科时在尼泊尔学习动物学，后在纽约市立大学克雷格·纽马克新闻学院获得硕士学位。他的作品曾发表于《Scientific American》、《Nature》、《New Scientist》、《Quanta》、《Eos》、《Discover》、《Knowable Magazine》等出版物上。
本文于2024年11月18日发表于Knowable Magazine，标题为“The secrets of butterfly migration, written in pollen”，《赛先生》获授权翻译并转载。https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2024/butterfly-migration-pollen-tracking版权声明：
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