生物多样性信息资源.Ⅰ.物种分布、编目、系统发育与生活史性状

物种分布、编目、系统发育与生活史性状等是生物多样性研究的数据基础,在物种起源与进化、生物多样性保护等研究中发挥着重要作用。近年来,大量数据共享平台的建设极大地促进了生物多样性信息学的蓬勃发展,但这些海量的、高异构性的数据资源也使得研究人员无从下手。如何高效选择和有效利用这些资源,成为生态学家和保护生物学家面临的一大挑战。针对现有的生物多样性数据零散分布的现状,本文将这些数据从物种分布、编目、系统发育与生活史性状4个方面进行整理,分别选取一些代表性的数据库如:全球生物多样性信息网络(GBIF)、世界植物种名录(The Plant List)、Open Tree of Life、植物性状数据库(TRY),对其数据类型、采集方式、范围、获取方式等进行描述,并对相关研究成果进行简要介绍。在各部分中,针对我国生物多样性数字平台的构建等方面的工作与成果,我们也进行了简要描述。通过这些数据资源的整理,希望为研究人员了解和使用这些数据库提供桥梁和纽带,能够进一步促进国内研究人员对这些数据库的有效利用,并通过科研人员与公众等的参与,促进数据共享平台的构建与完善,进一步推动生物多样性的研究和保护领域的发展。     

物种濒危状态等级评价概述

濒危等级是确定物种优先保护顺序和制订濒危物种保育策略的重要依据,《生物多样性公约》、相关国际组织和一些国家都把物种濒危状态的评价作为生物多样性保护工作中的一个重要步骤。本文对IUCN和美国、加拿大等国在物种濒危状态评价中有关等级标准、评价程序、数据信息采集管理及网络应用方面的问题进行了分析。国际上物种濒危状态评价工作呈现出以下几个方面的发展趋势：(1)物种濒危等级评价标准由定性指标向定量指标发展;(2)物种濒危状况评价程序逐步规范严格,评价过程透明,公众积极参与;(3)数据信息的采集逐步标准化,储存与管理更新采用计算机及网络技术;(4)物种濒危等级的公布与更新逐步以网络形式为主;(5)全球对物种濒危状态评价工作日益重视,物种濒危等级信息在物种资源利用、保护及其他方面的应用愈加广泛。在此基础上,作者提出了我国在物种濒危状况评价中急需加强的3个方面的工作：(1)建立我国的物种濒危等级评价标准;(2)建立完善的物种濒危等级评价程序并制定相关的指导性文件;(3)加强濒危物种评价中数据信息的规范采集、网络管理和数据共享。     

生物多样性信息学研究进展

生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。     

数字植物标本在科学研究中的应用: 进展及挑战

全球自然历史博物馆中保存着约3.9亿份植物标本,这些标本为科学研究提供了重要支撑。近20年来,随着标本数字化的发展,数字植物标本在科学研究中的应用日益广泛。数字植物标本不仅为标本传统的用途提供了便利,而且衍生出了新的研究主题和方向。鉴于目前中文文献中缺乏数字植物标本在科学研究中的应用概述及所面临挑战的分析,该文概述了全球植物标本数字化的现状,并对数字标本在生物地理学、入侵生物学、气候变化和保护生物学等领域中的应用情况进行了综述。主要集中在以下5个方面:(1)生物地理学研究中物种分布格局及其成因;(2)编制入侵植物名录、重建入侵历史和预测入侵风险;(3)气候变化情景下植物分布格局的变迁机制;(4)生物多样性编目和保护区规划;(5)其他相关应用(如农业和民族药物学等)。最后,针对数字植物标本应用中存在的问题进行了讨论,并提出了应对策略,同时提出开发将数字标本与其他学科大数据进行整合分析的新理论、新方法和新工具,为植物学及相关学科提供参考。     

城市生物多样性保护:基于中欧对比视角下的经验借鉴

城市生物多样性保护是全球生物多样性保护体系的重要组成部分,也是城市可持续发展的重要内容。通过对比中国和欧洲城市生物多样性保护实践,有助于完善中国城市生物多样性保护措施。首先,从城市发展和生态系统协同治理的视角出发,基于城市生物多样性保护的核心载体和功能,聚焦生境保护、空间规制和协同治理等实现路径,提出城市生物多样性保护的理论框架。然后,系统梳理、总结和对比中国与欧洲的城市生物多样性保护实践,发现中国城市生物多样性保护工作理念鲜明、治理效果明显,但仍然存在改进空间。在城市发展规划方面,欧洲城市生物多样性规划体系全面系统、针对性强,而中国城市生物多样性保护与城市发展规划融合不足,建议加强二者的有效衔接;在城市绿地建设方面,欧洲城市日益重视生态系统的连通性和完整性,而中国城市仍以公园等传统绿地建设为主,应提升微观尺度绿地空间利用和生态系统营造;在生态保护补偿方面,欧洲城市在多元化、市场化补偿方面探索较多,而中国的城市生物多样性保护补偿机制尚不成熟,建议逐步探索绿色基金等多元化补偿方式;在公众参与方面,欧洲城市强调自下而上的生物多样性保护公众参与机制,而中国仍以政府为治理主体,公众参与意识和参...     

生物多样性数据共享和发表: 进展和建议

生物多样性研究、保护实践、自然资源管理及科学决策等越来越依赖于大量数据的共享和整合。虽然关于数据共享的呼吁和实践越来越多, 但很多科学家仍然主动或被动地拒绝共享数据。关于数据共享, 现实中存在一些认知和技术上的障碍, 比如科学家不愿意共享数据, 担心同行竞争, 认为缺少足够的回报, 不熟悉相关数据保存机构, 缺少简便的数据提交工具, 没有足够时间和经费等。解决这些问题及改善共享文化的关键在于使共享者获得适当的回报(比如数据引用)。基于同行评审的数据发表被认为不但能够为生产、管理和共享数据的科学家提供一种激励机制, 并且能够有效地促进数据再利用。因而, 数据发表作为数据共享的方式之一, 近来引起了较多关注, 在生物多样性领域出现了专门发表数据论文的期刊。在采取数据论文的模式上, 数据保存机构和科技期刊采用联合数据政策在促进数据共享方面可能更具可行性。本文总结了数据共享和发表方面的进展, 讨论了数据论文能在何种程度上促进数据共享, 以及数据共享和数据发表的关系等问题, 提出如下建议: (1)个体科学家应努力践行数据共享; (2)使用DOI号解决数据所有权和数据引用的问题; (3)科技期刊和数据保存机构联合采用更加合理和严格的数据保存政策; (4)资助机构和研究单位应当在数据共享中起到更重要的作用。     

中国的野生动物红外相机监测需要统一的标准

采用及时、可靠的方法对物种开展有效监测是生物多样性保护的基础。红外相机技术可以获得兽类物种的影像、元数据和分布信息, 是监测生物多样性的有效途径。这项技术在野外便于部署, 规程易于标准化, 可提供野生动物凭证标本(影像)以及物种拍摄位置、拍摄日期与时间、拍摄细节(相机型号等)等附属信息。这些特性使得我们可以积累数以百万计的影像资料和野生动物监测数据。在中国, 红外相机技术已得到广泛应用, 众多机构正在使用红外相机采集并存储野生动物影像以及相关联的元数据。目前, 亟需对红外相机元数据结构进行标准化, 以促进不同机构之间以及与外部保护团体之间的数据共享。迄今全球已建立有数个国际数据共享平台, 例如Wildlife Insights, 但他们离不开与中国的合作, 以有效追踪全球可持续发展的进程。达成这样的合作需要3个基础: 共同的数据标准、数据共享协议和数据禁用政策。我们倡议, 中国保护领域的政府主管部门、机构团体一起合作, 共同制定在国内单位之间以及与国际机构之间共享监测数据的政策、机制与途径。     

变化环境下的生物多样性保护——第四届“一个星球”峰会述评

2021年1月11日,由联合国、世界银行和法国共同发起的第四届“一个星球”峰会通过线上线下相结合的方式在巴黎举行,本次峰会主题为生物多样性保护。峰会针对4个议题展开,分别是：(1)保护陆地和海洋生态系统;(2)促进生态农业;(3)生物多样性与资金筹措;(4)保护人类健康、物种和热带森林。对变化背景下的生物多样性保护主要有以下几个方面的启示：(1)识别优先保护区域,提高保护区有效性;(2)开展变化背景下的生态修复规划,提高自然-社会生态系统抗风险能力;(3)加强模型预测与情景分析,发展生物多样性与生态系统服务集成模型;(4)发展基于自然的解决方案,可持续利用自然资源;(5)加强后疫情时代国际间交流合作,开展生物多样性保护资金筹措工作。     

中国生物多样性研究的30个核心问题

在联合国《生物多样性公约》生效30年和《生物多样性》创刊30周年之际, 我们通过问卷调查从281名中国研究人员收集到763个生物多样性相关的研究问题, 通过归纳与整理, 并参考英国生态学会提出的100个生态学基本问题, 从中筛选出30个核心问题。这些问题涉及7个方面: 演化与生态(6个问题)、种群(4个问题)、群落与多样性(7个问题)、生态系统与功能(3个问题)、人类影响与全球变化(4个问题)、方法与监测(4个问题)、生物多样性保护(2个问题)。前5个方面主要聚焦在物种形成、生物多样性维持等的关键过程与机制、生物多样性与生态功能关系、全球变化对生物多样性的影响机制等, 第6方面主要涉及生物监测与预测、数据共享等, 第7方面涉及多样性保护、自然与人类健康关系这两个与公众息息相关的重要话题。这30个问题的筛选难免存在偏颇, 希望能以此为契机, 促进我国生物多样性研究人员对本领域核心问题的深入思考与探讨。     

中国履行生物多样性公约的成就和展望

2004年是生物多样性公约实施10周年。中国于1993年1月7日作为第7个国家正式加入“公约”。接着就由国家环境保护总局牵头组建国家履约协调组和许多联络点,下设办公室负责日常工作。可见,国家对生物多样性工作的重视和认真的态度。10年来,中国在履约方面做了大量工作,成绩显著。例如,完成了“中国生物多样性国情研究报告”和“中国生物多样性保护行动计划”等一大批重要文件,建立了“生物多样性委员会”、“生物多样性保护基金会”和相应的科学与教育部门,开展了许多科研项目和讲授相关的课程,出版了系列丛书和“中国生物多样性”学术刊物,重视开展学术交流,建立了生物多样性数据库和相关的管理政策,生物多样性保护实体和产业日益增加和发展等就是明显的事例。履约10年的经验在于下列三个方面(1)保护和发展必须密切结合;(2)“统一协调、分散管理”的方针需要进一步完善;(3)基础性和综合性研究需要加强。展望未来,只有在加强基础和综合研究以及提高管理水平方面下一番功夫,履约工作才能取得更大的成绩。     

使用Biotracks 采集植物标本

Biotracks 是一款自然观察类的公众科学应用,目前已经被各类科学调查和自然观察项目广泛使用。该文利用Biotracks 的标本采集项目将野外采集的数据与标本馆的数字馆藏系统连接起来,使用户在手机上记录的信息可以被应用到标本馆的标本数字化中。这种方式不仅提升了数字标本的转录效率,而且从根本上改变了整个标本收集流程中的数据整合方式,使得标本从采集到收藏的各个环节都能获得高质量的效率提升。同时,新的标本收集模式还能自然地将标本的野外照片与数字标本融为一体,从而使得传统标本原本很难呈现的颜色、行为、立体结构、环境等信息最终可以通过数字标本再次展现给研究者。这在信息维度上不仅拓展了传统标本的内涵,结合公众科学,未来还有望进一步延伸馆藏标本鉴定和讨论的时空范围。此外,公众科学在解决标本馆问题中所展现出来的潜质,为重新审视标本馆的领域价值提供了新的视角。     

中国高等植物数字化标本分析

传统上馆藏标本,主要用于植物分类学、植物资源学的研究。数字标本的出现将标本的使用拓展到从研究生物多样性时间空间分布到生态学和进化学理论、生物多样性保护、农业和人类健康等广泛领域。截至目前,从互联网上获取的采自中国的植物标本数量已有1 200多万份。该文通过整理和分析这些数据以了解中国植物标本的数字化精度、采集时间和采集地区规律以及采集空缺等状况。结果表明:中国标本采集形成了4个高峰,即20世纪30年代、60年代、80年代和21世纪初,中国植物标本采集和研究工作主要在20世纪50年代后由中国学者完成。标本采集地区覆盖度在省级较好,县级标本采集则很不平衡; 标本采集类群在科属层面覆盖率高,但近五分之一的物种采集不足; 标本的采集量既与植物分布幅度相关,也与采集地区的知名度、所获科研项目及采集者偏好有关。未来中国植物标本数字化方向应该在继续挖掘馆藏标本的同时,一方面开展对现有数字化标本信息再审核及补充,并加强与欧美大馆的信息共享以获取早期历史标本信息; 另一方面应用数字化标本信息分析结果,指导境内标本的精准采集,包括采集薄弱/空白地区、采集薄弱/空白属种的采集,以进一步增强实体标本馆能力,提高数字化标本质量,为进一步完善植物标本数字化和精准化采集提供依据,更好地服务科学和社会的发展。     

植物模式标本数据整合新的机遇与挑战

命名模式是分类群名称永久依附的成分,在分类学研究中有不可替代的价值。中国复杂的植物采集历史以及对中国植物标本开展研究的单位各异,导致我国植物模式标本零散分布于全球各大标本馆,给分类工作的开展带来了极大的困难。标本数字化的开展为模式标本数据整合提供了新的机遇,同时也给我们带来了人名和地名标准化以及模式类型确认等方面的挑战。我国于2006年开始对模式标本数据进行收集和整理,迄今已完成国内外20余家标本馆9万余条标本数据的收集。模式考证和模式类型清理是我们下一步亟须开展的工作,同时我们应将地名变更资料、人名考证资料进行整合并建立相应的数据库以推动模式标本数据的标准化。这将在很大程度上有助于我们摸清中国模式标本的家底。     

Exposing hidden endemism in a Neotropical forest raptor using citizen science

Gaps in our knowledge of the geographical distribution of species represent a fundamental challenge to biogeographers and conservation biologists alike, and are particularly pervasive in the tropics. Here we highlight the case of the Rufous‐thighed Kite Harpagus diodon, a South American raptor commonly mapped as resident across half the continent. Recent observations at migration watch points have indicated it may be partially migratory in the southernmost parts of its range. To investigate this possibility, we collated contemporary and historical specimen records, published sight records and ‘digital vouchers’ – photographs and sound‐recordings archived online (from citizen science initiatives) – and explored the spatiotemporal distribution of records. We were unable to trace any documented records of this species from Amazonia during the austral summer (October–March), or records from the Atlantic Forest biome during the peak of the Austral winter (June–August), and all proven breeding records stem from the Atlantic Forest region. We compared this pattern with that of a ‘control’ species, the congeneric Double‐toothed Kite H. bidentatus, again using specimens and digital vouchers. For this species we found no evidence of seasonality between biomes and can disregard spatiotemporal variation in observer effort as a cause of seasonal biases. We consider that all populations of Rufous‐thighed Kites are fully migratory, wintering in Equatorial forests in the Amazonian basin. We provide evidence that this pattern was previously obscured by erroneous undocumented records and poor or erroneous specimen metadata, and its discovery was primarily facilitated by digital vouchers. This discovery requires a reassessment of the species’ global conservation status as an Atlantic Forest breeding endemic, threatened by habitat loss and degradation, as it was previously considered to be resident across large swathes of undisturbed Amazonian Forest on the Guiana Shield. The bulk of the digital voucher data used to elucidate this pattern were extracted from a Brazilian citizen science initiative WikiAves, which may serve as a model for collating biodiversity data in megadiverse countries and help catalyse environmental awareness.     

The role of citizen science in monitoring biodiversity in Ireland

Citizen science is proving to be an effective tool in tracking the rapid pace at which our environment is changing over large geographic areas. It is becoming increasingly popular, in places such as North America and some European countries, to engage members of the general public and school pupils in the collection of scientific data to support long-term environmental monitoring. Participants in such schemes are generally volunteers and are referred to as citizen scientists. The Christmas bird count in the US is one of the worlds longest running citizen science projects whereby volunteers have been collecting data on birds on a specific day since 1900. Similar volunteer networks in Ireland have been in existence since the 1960s and were established to monitor the number and diversity of birds throughout the country. More recently, initiatives such as Greenwave (2006) and Nature Watch (2009) invite school children and members of the general public respectively, to record phenology data from a range of common species of plant, insect and bird. In addition, the Irish butterfly and bumblebee monitoring schemes engage volunteers to record data on sightings of these species. The primary purpose of all of these networks is to collect data by which to monitor changes in wildlife development and diversity, and in the case of Greenwave to involve children in hands-on, inquiry-based science. Together these various networks help raise awareness of key environmental issues, such as climate change and loss of biodiversity, while at the same time promote development of scientific skills among the general population. In addition, they provide valuable scientific data by which to track environmental change. Here we examine the role of citizen science in monitoring biodiversity in Ireland and conclude that some of the data collected in these networks can be used to fulfil Ireland’s statutory obligations for nature conservation. In addition, a bee thought previously to be extinct has been rediscovered and a range expansion of a different bee has been confirmed. However, it also became apparent that some of the networks play more of an educational than a scientific role. Furthermore, we draw on experience from a range of citizen science projects to make recommendations on how best to establish new citizen science projects in Ireland and strengthen existing ones.     

InvertNet: a new paradigm for digital access to invertebrate collections

InvertNet, one of the three Thematic Collection Networks (TCNs) funded in the first round of the U.S. National Science Foundation's Advancing Digitization of Biological Collections (ADBC) program, is tasked with providing digital access to ~60 million specimens housed in 22 arthropod (primarily insect) collections at institutions distributed throughout the upper midwestern USA. The traditional workflow for insect collection digitization involves manually keying information from specimen labels into a database and attaching a unique identifier label to each specimen. This remains the dominant paradigm, despite some recent attempts to automate various steps in the process using more advanced technologies. InvertNet aims to develop improved semi-automated, high-throughput workflows for digitizing and providing access to invertebrate collections that balance the need for speed and cost-effectiveness with long-term preservation of specimens and accuracy of data capture. The proposed workflows build on recent methods for digitizing and providing access to high-quality images of multiple specimens (e.g., entire drawers of pinned insects) simultaneously. Limitations of previous approaches are discussed and possible solutions are proposed that incorporate advanced imaging and 3-D reconstruction technologies. InvertNet couples efficient digitization workflows with a highly robust network infrastructure capable of managing massive amounts of image data and related metadata and delivering high-quality images, including interactive 3-D reconstructions in real time via the Internet.     

Born‐digital biodiversity data: Millions and billions

Given the dramatic pace of change of our planet, we need rapid collection of environmental data to document how species are coping and to evaluate the impact of our conservation interventions. To address this need, new classes of “born digital” biodiversity records are now being collected and curated many orders of magnitude faster than traditional data. In addition to the millions of citizen science observations of species that have been accumulating over the last decade, the last few years have seen a surge of sensor data, with eMammal's camera trap archive passing 1 million photo‐vouchered specimens and Movebank's animal tracking database recently passing 1.5 billion animal locations. Data from digital sensors have other advantages over visual citizen science observation in that the level of survey effort is intrinsically documented and they can preserve digital vouchers that can be used to verify species identity. These novel digital specimens are leading spatial ecology into the era of Big Data and will require a big tent of collaborating organizations to make these databases sustainable and durable. We urge institutions to recognize the future of born‐digital records and invest in proper curation and standards so we can make the most of these records to inform management, inspire conservation action and tell natural history stories about life on the planet.     

高校新型植物标本馆的建立与发展——以河南农业大学植物标本馆为例

高校标本馆作为重要的科普和教学实践基地,是连接大学与社会的桥梁,在提升高校社会影响力和加快高校发展中起着重要作用。目前,高校标本馆普遍存在经费少和缺乏管理等问题。如何立足高校现状,有效解决标本采集和标本数字化过程中耗时耗力的难题,建设具有地方特色的新型植物标本馆,是高校标本馆建设关注的焦点之一。该文以河南农业大学植物标本馆新馆建设为例,介绍了河南农业大学标本馆成立以来,充分发挥高校的人力资源优势,让学生通过实验课或野外实习积极参与新型植物标本馆的建设,基本实现了标本采集、制作、鉴定和数字化的同步进行。在这一过程中,既有效锻炼了学生能力,加深了学生对植物形态的认识,发挥了植物标本馆在教学、科学研究及科学普及中的积极作用,又极大地丰富了标本馆馆藏量,有效地促进了高校新型植物标本馆的发展。