科学家创制保存高质量DNA的昆虫野外监测装置

生物多样性丧失是三大环境危机之一。昆虫作为庞大且多样化的生物群体，几乎占据各种类型栖息地，在生态系统中扮演着重要角色。“SITE-100”国际大科学计划是中国科学院动物研究所研究员白明与英国自然博物馆教授Alfried Vogler联合发起的全球昆虫多样性监测计划。通过全球构建100个以上标准样地和标准化分析流程，从物种多样性、遗传多样性和形态多样性三个维度揭示全球昆虫多样性格局和形成机制。SITE-100样地使用三种被动式监测装置——罐诱、马氏网和飞行阻隔器。飞行阻隔器是新兴且有效的昆虫监测工具，其原理是飞行中的昆虫在撞击透明板后落入装有保存溶液的收集槽中（图1），通过定期收集收集槽中的昆虫，可对该地区昆虫的时空变化规律、分布格局与进化机制进行研究。而在较多时候，水分会侵入装置，导致昆虫样本DNA降解和损坏，在多雨地区尤为严重（图2）。之前，为了克服这一问题，研究多采用提高采样频率（如每1-2天收样一次）和多次更换纯酒精等方法。即便如此，昆虫DNA仍无法获得长期高质量保存，对昆虫多样性监测、分子生物检测和其他基于DNA技术的研究颇具挑战性。

中国科学院动物研究所、韩国首尔大学、英国帝国理工大学和英国自然历史博物馆等，共同开发了3D打印的可高质量保存DNA等昆虫野外监测装置，并命名为"WET"（Water Exclusion Trap）。该装置可以阻止水分进入和保存溶液蒸发，因此WET中的保存溶液不会发生稀释，可最大程度的保留DNA。9月18日，相关研究成果发表在《生态学与进化方法》（Methods in Ecology and Evolution）上。

WET装置将收集装置设为双层瓶。内瓶上方放置筛网，可以让雨水和露珠滴下，而被困的昆虫则在筛网上移动，最终掉入套瓶的保存溶液中（图3、4）。该装置不仅可以阻止水分和花瓣、树叶等杂质进入，而且可以阻止体型较大的昆虫进入，从而避免大型昆虫体液析出所造成的保存溶液稀释。与常规采集装置相比，WET收获的昆虫标本完整性更好，具有更高的DNA质量（图5）。由于WET结构复杂，本研究将WET的3D打印模型免费分享，读者可以自行下载、编辑和3D打印。

WET解决了昆虫野外监测装置面临的关键问题之一，即水分渗透导致DNA降解。在基于样地进行长期监测以探索昆虫多样性格局和形成机制的“SITE-100”项目中，WET的应用具有深远意义。在降雨较多的地区如热带雨林，频繁的降雨常常导致采集装置内的昆虫样本的DNA严重降解，阻碍了对昆虫及其尚未揭示的遗传特性的探索，WET可能成为这一科学问题解决的突破点。同时，该团队正在更新其他被动式野外监测装置。这为“下一代分类学”的内涵形成和路径探索提供保证，为昆虫多样性监测的定量化、智能化、可重复性、长期监测提供新的解决方案，推动我国环境、环保、农林、海关等行业的创新发展，并有效支撑“美丽中国”的实施。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院国际人才计划（PIFI）、韩国教育部等的支持。

科学家创制保存高质量DNA的昆虫野外监测装置