图片来源：pixabay



本文承诺：在文章撰写过程中，没有任何虫子受到伤害，但人类的心灵就不一定了。

撰文 | 二七

审校 | clefable



我大概会永远记得那个秋天的上午：我走进办公室，像往常一样给自己泡了杯茶，一些茶叶碎在水面上漂了起来。喝了一口之后，我注意到水面上的一片碎屑的形状不太妙：棕褐色、分节、长毛。凭借我浅薄的昆虫学知识，这大概是节肢动物门、昆虫纲、蜚蠊目某只不幸个体的一条附肢——说得更直白一些，这是一条蟑螂腿。



在食物中吃出虫子或许是所有人都会经历的事情。事实上，食物中虫子碎片的丰富程度基本超越了你的想象。以美国食品和药品监督管理局（FDA）的标准为例，平均每100克巧克力中，只要虫子碎片的数量低于60个就算合格。除此之外，更让人无法注意到的，是食物中另一种看不见的虫子痕迹——在最近发表于《生物学通讯》的一项研究中，研究者在一个绿茶茶包内，检测出了400多种虫子的DNA。

 

图片来源：Food Defect Levels Handbook/FDA



严格意义上的昆虫只包括节肢动物门昆虫纲内的物种，我们常说的许多“虫子”（例如蜘蛛和蝎子）都不在此列。本文主要讨论陆地节肢动物种群的多样性，因此文中的“昆虫”泛指通俗意义上的，容易令部分人群毛骨悚然的“虫子”们。



DNA随风飘逝



首先，你可以放心，这项研究找到的是虫子的DNA，并不代表茶包里有400种虫子的碎片——至少不是那种肉眼可见，会导致心理或生理不适的虫子碎片。



曾有研究推测，一个人平均每小时会脱落大约20 000 000个皮肤细胞，其中包含了巨量的DNA片段。其他生物也是一样：即使是一只非常小的昆虫，一生中也在不断将富含DNA的外壳、唾液、血淋巴（虫子的“血液”）甚至粪便排放到它生活的地方，这些DNA碎片会分散在水、土壤甚至空气中，被称为环境DNA（eDNA）。



研究者在树懒附近收集空气样本（图片来源：Christian Bendix）



这些“随地乱扔”的DNA彻底改变了生态学家监测和追踪野生动物的方式。研究者不需要苦苦蹲守在监控前，而是可以通过环境采样发现动物生活的痕迹。今年早些时候，丹麦哥本哈根大学的研究者曾在哥本哈根动物园的3个不同地点分别采集了几十份空气样本，从中检测到了49个物种的eDNA。其中不仅识别出了动物园内饲养的动物，还检测到了在动物园附近生活的野生动物，甚至还有动物的食材——例如鸡肉和牛肉——的DNA碎片。



而这次研究者在茶包里发现的，也正是虫子的eDNA。



看到虫子



亨里克·克雷温克尔（Henrik Krehenwinkel）是德国特里尔大学（University of Trier）的遗传生态学家，从本科时开始，克雷温克尔就对昆虫很感兴趣，尤其是它们如何因人类的影响而变化。已经有大量研究发出过警告，昆虫的多样性和数量都在加速减少，这可能会导致无法估量的生态灾难。与此同时，也有许多研究者发现，当他们想更精确地预测昆虫数量的变化趋势时，却缺少长期数据作为支撑。



事实上，这与昆虫生态学的研究方法息息相关。在克雷温克尔上学时，想要了解一个地区的昆虫种群，通常需要采取被动采样的方法，例如设置一个诱捕器，把虫子“骗进来”研究。问题在于，无论研究者采取怎样的诱捕方法，通常都只能窥探到某个特定类群的昆虫，很难一次获取当地所有昆虫种群的数据。



一种常见的昆虫诱捕装置（图片来源：Caspar A. Hallmann et al., 2017)



另一个麻烦的地方在于，昆虫与植物互动的方式多种多样，也许是食用、授粉或是在植物上“安家”，但无论是哪一种关系，诱捕器都很难告诉我们。



因此，包括克雷温克尔在内的生态学家对eDNA抱有很大期望。理论上讲，节肢动物在叶片表面留下的咀嚼痕迹或是粪便中，应当保存了大量的DNA碎片。



茶包里的生态故事



在德国特里尔，有一个植物标本库。在35年来，这里的管理员致力于收集德国各类植物的标本。克雷温克尔开始思考，是否有可能从这些标本上提取到节肢动物的DNA。一个简单的测试就给出了答案：这些样本完美地留下了节肢动物的DNA碎片，甚至足够研究者重建过去35年来德国森林生态系统中昆虫群落的变化。



这样的成果的确有些出乎克雷温克尔预料。毕竟已经过去了35年，如果是在室外，叶片上的DNA碎片会很容易被紫外线分解或是被雨水冲刷掉。他推测，这可能是因为植物标本储存在干燥和黑暗的环境中，让DNA可以比较稳定地保存下来。这让克雷温克尔想起了另一种同样储存在干燥、黑暗条件下的植物制品——茶。

 

图片来源：Unsplash



相比植物标本库的标本，茶叶的获取难度瞬间降低了——研究团队几乎是随便在当地超市买了几十个茶包，包括不同品牌的两种绿茶和一种花茶。与典型的eDNA检测过程不同，研究者并没有清洗植物材料（或者也可以说是泡茶？）并过滤浸泡液中的DNA颗粒，而是直接尝试从茶叶碎中提取DNA。



当然，其中绝大多数DNA都来自植物自身，但研究者利用昆虫与植物DNA的一个关键序列差异，识别出了其中非常少量的来自昆虫的DNA。在所有的40个茶叶样本中，总计回收了3264种节肢动物的DNA片段，覆盖了3个纲、22个目的1279个物种。仅仅在100毫克的绿茶样品中，就识别出了400多种节肢动物的DNA痕迹，蜘蛛、蟑螂、螨虫、苍蝇、蝴蝶、螳螂等等都有。



说实话，克雷温克尔也被这样的数字惊呆了。他和同事怀疑，是茶叶的加工方式导致了这种惊人的多样性——当茶叶被磨碎时，来自整个种植地区的DNA被混合在了一起。换句话说， 从一个小小的茶包里，我们也许能一窥整片茶田的昆虫生态。

 

喂！三点几嚟，做*啊做！观察茶田生态系统先啦！



每一个茶包里也许都包含着一段当地生态系统的故事。无论是从博物馆里的植物样本，还是从茶包里的茶叶碎片，研究者都希望能够阅读出更多关于昆虫的重要信息——你或许不喜欢它们，但它们在看不见的地方支撑着我们所赖以生存的生态系统。



关于对这项研究的感想，这里摘录一段《科学家》（The Scientist）杂志与研究者的采访：

记者：“最后一个问题，你爱喝茶吗？”

克雷温克尔：“我喝咖啡比较多……”