本期话题：首个甲虫基因组测序完成
栏目主持：潘锋
地球上动物种类的75%是昆虫，而昆虫中最大的群体就是甲虫，大约有40万种。《自然》杂志日前发表了由14个国家的64个科研小组联合完成的首个甲虫基因组的测序结果。研究结果表明，该甲虫基因组包括大约2亿个核苷酸，基因数量约为1.6万个。这一新的测序结果将有助于人们更好地理解甲虫的生物学机制，保护生物多样性。
周宏章 中国科学院动物研究所研究员
生物界里最大的类群
美国学者完成的《2000年系统学议程：制订生物圈计划》（Systematics Agenda 2000：Charting the Biosphere）中提出了这样一个问题：我们了解地球本身吗？
实际上，我们对自己居住的星球还不很了解。以生物物种为例，过去我们认为地球上约有300万种物种，现在已经发现了100万种之多。此后，美国科学家Erwin教授在南美进行了一项研究，并发表了一篇极具影响力的文章。尽管他的工作是粗糙的，但有着很深远的影响。Erwin以甲虫为主要对象，选择了树上的很多昆虫。他发现，我们对物种数目的估计至少低估了一个数量级，从他的工作开始，人们对生物物种的估计从300万种增加到3000万种。对于如此庞大的生物物种，我们究竟认知了多少呢，至今也只有170万种。这些预测的和已经被认知的物种，包括了高等动物、高等植物、微生物、昆虫和其他物种，其中1/4的物种是甲虫。
自从林奈奠定了生物分类学的基础，经过生物学200多年的发展，他创造的生物分类的方法，即双名制命名法和系统研究方法是我们认识生物多样性的钥匙，也是我们研究其他学科的基础。甲虫的学名是鞘翅目，鞘翅目虽然不是个体最大的，但种类数量是最多的，在目级别里它超过了所有高等植物和微生物，它比整个的植物、哺乳动物、鸟类、鱼类加起来都要多，是生物界里最大的类群。
没有生物多样性、没有丰富的生物物种，人类是不可能生存发展到现在，并实现可持续发展的。历史的经验告诉我们，破坏环境、过多地利用不可再生资源所带来的后果，正在警示人类不能无限制地索取自然资源，而应该保护那些濒危的和脆弱的物种。要保护地球生物圈如此之大的生物物种，首先要认识它。甲虫作为生物界里最大的一个类群，认识了它们，就可以帮助我们认识其他生物物种的类群，就能更好地帮助我们认识整个生物多样性。
重要作用是维持生态平衡
国际科学界不久前完成了首个甲虫基因组的测序，这种甲虫的中文名称是赤拟谷道（red flour beetle），拉丁文学名Tribolium castaneum。由14个国家的64个科研小组组成的国际研究团队对赤拟谷道进行了完整的基因测序。研究结果表明，该甲虫基因组包括大约2亿个核苷酸，基因数量（包括蛋白编码基因及其他基因）大约为1.6万个。完成全基因组序列测序，有助于理解甲虫种类的生物学机制；同时可以预见，赤拟谷道也将会像果蝇一样，成为甲虫研究或生物学中的首选模型动物。
在很多人印象里，甲虫大多是害虫，其实在1万个甲虫种类里，只有很少几种是害虫，其余的既无害也无利，它们在维持生态系统、保护生物物种资源和生物基因库等方面发挥着重要作用，有些尚不被人们所认知。人类在开始认识生物的时候，就开始研究甲虫了。法布尔的《昆虫记》里有很多关于甲虫的描述，《本草纲目》等中医古籍中也有相当多的用甲虫开发的中药的记载。如毒隐翅虫含有毒隐翅虫素；斑蝥也是一种中药，开发历史由来已久。甲虫还是珍贵的科普教材，有很多甲虫很漂亮，有非常精致的外形和色彩。在日本，很多中学生都喜欢收集和研究漂亮的甲虫标本。
甲虫最重要的作用是维持生态平衡。甲虫广泛分布在森林、沙漠、雪山、高山、农田、海洋，它们的习性多样，哺食、寄生、直食等五花八门，这些都可以被人类加以利用。例如，澳大利亚引进牧业之后，家畜粪便破坏了草原环境，他们引进了俗称屎壳郎的粪金龟，使草原生态系统得到改善。
甲虫的适应性很强，它们甚至可以在哺乳动物的皮毛里寄生，还能在水里游泳。利用甲虫所处的环境的变化，人们可以研究环境变化对甲虫物种组成的影响，称作生物或环境指示生物。物种的组成可以反映出环境的变化，当我们要研究森林退化和沙漠化、全球变化温度升高、环境污染等一系列问题时，如何判断环境的改变，通过一些物理和化学指标还是很难来客观衡量的，环境的改善更应该通过保护环境的生物和生物多样性来衡量。
尚无有效方法解决对粮食的为害
由多国科学家完成基因组测序的名为赤拟谷道的甲虫，是一个为害仓贮粮食的重大害虫。目前已知部分甲虫会对农业和农作物产生影响，如金龟子、水龟虫、豆象等属于仓储害虫，吃谷物的种子如小麦、绿豆等。如果不把粮食保护好，一个甲虫物种可以让全国粮食于一个月毁于一旦，每年都将耗巨资用于防御害虫为害粮食。另外，还有很多甲虫属于检疫害虫，如马铃薯甲虫、豆象这类都是外来种，藏在木材里。在传播植物疾病的害虫中，甲虫也占了很大的比例。
目前没有很有效的方法和手段能解除甲虫对粮食的为害，因为我们还没有可靠而有效的手段，因此，必须建立检疫和庞大的粮食害虫防治系统。在甲虫的发育阶段，卵、蛹、幼虫、成虫，最难灭绝的是卵和蛹。而甲虫的幼虫和成虫有很多可以越冬，钻入地下或其他缝隙，或者用鞘翅把自己掩盖起来，鞘翅和它的背面会形成气洞，这些空气可以让它呼吸很久。一些水生甲虫采用浮上水面换气的办法，以对自己形成有效保护。沙漠中最多的也是甲虫。因此，甲虫很难被彻底消灭。
虽然我们还需作大量的研究，以降低害虫给我们带来的各种危害，但甲虫作为生物界最大的类群，在经历了上亿年的进化后仍然保持着旺盛的生命力，说明甲虫的适应性非常强。
（记者 孙玮 采访/整理）
