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88个蜜蜂基因组和10年苹果研究告诉我们关于传粉者未来的信息

在生产苹果方面,野生蜜蜂的亲缘关系差异巨大。

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一只野生蜜蜂(Melandrena sp.)正在拜访苹果花。来源:Kent Loeffler

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漫步在盛开的苹果园里,你会被忙碌的蜜蜂嗡嗡声包围。但除非农场主租用了家养蜜蜂——它们并非美国本土物种——否则工作的蜜蜂将是一群高度多样化的、生活在附近野外的蜜蜂。无论大小、绿色还是条纹、闪亮还是毛茸茸,蜜蜂的种类繁多。

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虽然蜜蜂数量下降的消息几乎不再让人感到新奇,但一群研究人员已经提出了一个关于这些为我们苹果作物授粉的野生蜜蜂的新问题。那些数量急剧下降的蜜蜂物种是否彼此密切相关?它们是否如此相关很重要?答案可能为未来关于野生蜜蜂濒危原因、后果和解决方案的研究提供重要线索。

这个由康奈尔大学的昆虫学家领导的团队,花了十年时间研究苹果园及其蜜蜂。在此期间,许多果园周围的景观失去了蜜蜂栖息地,随后也失去了许多野生蜜蜂物种。但这并非全部。在生产苹果方面,野生蜜蜂的亲缘关系差异巨大。

更多的蜜蜂物种更好吗?

通常,生态学家谈论多样性时,指的是物种的数量。大量研究表明,多样化的生态系统更健康。为什么呢?你可以将健康的生态系统想象成健康的饮食。每个人都知道每天只吃甜甜圈对你不好。但只吃蓝莓也不行。你需要摄入多种不同的食物来满足你的营养需求。当然,有些食物可能比其他食物对你更好,而且你可能有特定的需求或目标。但总的来说,均衡的饮食是完成任务的关键。

同样,一个拥有大量物种的多样化生态系统更有可能填补所有角色并正常运作。所有的齿轮都在转动;一切都在正常运转。

但我们可以做得更好。回到我们假设的饮食,假设我们吃蓝莓甜甜圈(因为多样性),我们还要添加一些其他食物。我们应该添加覆盆子、草莓和葡萄吗?或者,我们应该拓展一下,添加鸡蛋、土豆和菠菜吗?

看到了吗?只是一个小小的系统发育幽默。第二种饮食如果只计算物种数量,其多样性是相同的,但它具有更多的系统发育多样性——物种之间的亲缘关系较远。你可以看到这会覆盖更多的基础,并带来更好的健康。

系统发育多样性意味着亲缘关系

因此,研究人员询问,研究蜜蜂的系统发育多样性是否能帮助我们更好地理解蜜蜂数量下降的模式——及其对水果种植者的影响。例如,亲缘关系较远的蜜蜂可能更有可能专注于不同的花朵,例如只为树顶授粉或只为低垂的花朵授粉。

“如果你把果园里所有的蜜蜂都想象成生命之树的不同分支,当我们失去它们时,我们是在随机地修剪那些树枝吗?”这项研究的首席研究员 Heather Grab 问道,该研究今天发表在《科学》杂志上。“还是说,有些分支被修剪得比其他分支多得多?”

该团队在纽约的 27 个果园中调查了 10 多年,识别了超过 8,700 只独立的蜜蜂。我们谈论的不是家养蜜蜂——他们发现了惊人的 88 种不同的本土野生蜜蜂。

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在这些年里,他们观察到果园周围的景观变得越来越集约化。林地等自然空间被苜蓿、玉米和大豆取代。随着周围栖息地的消失,他们在果园里看到的蜜蜂物种越来越少。

然后,他们测序了所有物种的基因组,构建了一个系统发育树——一个进化家谱——来了解不同蜜蜂的亲缘关系。他们发现,消失的物种并不是从 88 种中随机挑选的。相反,消失的物种彼此之间密切相关。同样,留下的物种也彼此密切相关。栖息地的丧失导致生命之树的整个分支被修剪掉——这意味着系统发育多样性受到了严重打击。

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研究人员估计,每转化 10% 的土地为农业用地,蜜蜂群落就会损失 3500 万年的进化历史。

更多样化的蜜蜂(曾经)更善于授粉

他们不仅在 10 年里跟踪了蜜蜂——他们还跟踪了苹果。他们查看了对苹果种植者最重要的指标:每个苹果的种子数量、单个苹果的重量以及水果的任何畸形。这一切都与花朵的授粉程度有关。

他们发现蜜蜂物种的数量对授粉并不重要。但系统发育多样性却很重要。他们庞大的数据集使他们了解到,尽管景观中更多的农业活动会同时减少两者,但后者确实对水果造成了伤害。砍掉生命之树的整个分支会伤害整个生态系统。

这些结果有望引导人们更仔细地研究野生蜜蜂数量下降、栖息地丧失、家养蜜蜂和水果作物之间的复杂关系——并更加重视景观中蜜蜂栖息地的保护和恢复。Grab 说,在这些果园周围,最重要的本土蜜蜂栖息地可能是林地。这部分原因可能是因为当今重要的苹果传粉者——那些在苹果开花季节早期活跃的蜜蜂——可能进化出了为山楂等早期开花的本土林地树木授粉的能力。

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Grab 将栖息地丧失描述为“简化”——从一个拥有多种栖息地的多样化景观,到一个只有农业的景观。“我们在这里记录的是,我们简化景观的方式是有后果的,”Grab 说,“这不仅对蜜蜂的多样性有影响,而且还对导致这种简化的农业系统本身产生了负面影响。”

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