作者:朱朝东 来源:中国科学报 发布时间:2018-5-18
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“慧眼”识虫

 

■朱朝东

我喜欢发呆,愿意自由想象好奇的事情。所以,只要有利于我发呆的事情,如喝咖啡、喝茶、走路上班,我都尽量满足自己,尽力偷得少许闲。

出去开会,做完自己分内的工作,尽量留足发呆的时段,随心随意随想。思路无边,自由自在。野外工作是最佳的时段,可惜现在少了很多。好在家离单位近,慢走30分钟左右。可以穿过北京奥林匹克森林公园的一个小角,正是发呆遐想的好机会。

读硕士研究生的时候,听前辈提到有些空中飞翔的昆虫,可以分辨物种,乃至雌雄。当时联想到曾经痴迷的武侠小说中的高手,可以手夹飞蝇,传说中的昆虫大家绝非凡人。

到了北京,接触到越来越多类群的分类学工作者,才理解昆虫之多、分类之难。自然更加敬佩长年累月,端坐于解剖镜面前的昆虫学者。他们为了一个物种之可分、一个性状之同源与否,费尽心智。即便有了更加高级的仪器,如扫描电子显微镜、PCR仪、测序仪,他们仍然专心于普通的解剖镜下的目力所及。

在中国科学院动物研究所读博士研究生期间,无论是实验室师姐、师弟,还是其他院士、老研究员们,似乎都放不下他们心爱的解剖镜和镜子下的昆虫。当时看到他们如此醉心痴迷,我在震撼的同时,也在想他们看到空中的飞虫就能鉴定物种或雌雄?

江苏宜兴湖■刘老师,曾经把停留在幕布上的静态蜉蝣和空中飞舞的精灵进行比较。这应该也是在锻炼自己的目力吧?

有次半夜雨中,我终于看到灯下几只美丽的高翔蜉,曼妙飞舞,心中自然一丝激动。等到了博士生期间,在捕虫网中搜寻一个又一个小蜂,慢慢地也能结合解剖镜下观察的形态,掌握部分科属的判别。

近年来,参与一些昆虫多样性和生态学工作,这个问题一直萦绕在心,让我无法给出明确的答案。即便在一个很小的范围,特定的生境,除了自己一直研究的部分昆虫,我也很难想象可以立即识别即将捕捉的标本。难道这些前辈真有一双我修炼不了的“慧眼”?

转眼,我已经开始眼花。原来在捕虫网能够清楚看到毫米级的寄生蜂,现在开始有些难度。

花伴侣等软件的发布,部分解决了植物识别问题。很多同行热切期待“虫伴侣”或相似功能软件的开发。部分学者已经极为超前想到人工智能和大数据,或许实现昆虫物种识别,甚至可能替代200多年以来无可替代的形态分类学工作。

仅对昆虫而言,要回答这个问题,需要认真考虑几个环节的挑战,并尝试提出可行的方案:一、是否能够在很短的时间内获得飞虫的足够数据信息?是否必要条件?二、是否能够在很短的时间内提取出飞虫的关键性状?是否必要条件?

中午去办公室的路上,就第一个问题想到一些自己感觉很有趣的想法。

首先,静态昆虫,获取各个角度,标准姿态和非标准姿态超大量图像,是否有助于准确界定物种?这个量的阈值是多少?我个人预计这项工作仍然是开展动态图像识别的前提,也具备大数据积累的基础,即较高的物种分类学基础。

在未来静态图片大数据积累过程中,馆藏标本和分类学家参与还是不可替代。目前世界各大自然历史博物馆都在开展标本数字化工作。我在访问澳大利亚国立昆虫博物馆时,曾经见到他们购买美国的一套成像系统。该系统主要还是从形态分类学家的角度,采集足以展示标本关键特征的图像,用于分类鉴定。

其次,动态昆虫,即过眼飞虫,从不同距离,能否获取各个角度大量高清晰度图像?这个环节,高清晰数字拍摄仪器,如高速高清数码相机或摄像机必不可少。

但相对于现在高速摄像机等,昆虫飞行的过程可以被分解为单帧图片,用于数据提取。显然,飞虫进入设定的区域,需要能够触发数码设备,进行高速图像获取。一旦飞虫识别和仪器触发问题得到解决,公众参与将为这个环节提供海量数据。

第三,静态昆虫和动态昆虫的图像在什么尺度可以进行比对?目前开展的许多昆虫图像识别工作,应该还没有达到人眼识别和大脑对多幅图片的综合能力。

尽管这些问题看似简单,但能够吸引世界这么多优秀学者痴心不改地研究昆虫物种多样性,自然就有无穷无尽的挑战和乐趣。

任何新硬件和新技术,都可以帮助我们提升现数据获取和大数据分析或整合的能力,但对于物种的科学界定还需要独立思维和验证。

(http://blog.sciencenet.cn/u/zhuc-

haodong)

《中国科学报》 (2018-05-18 第2版 博客)
 
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