黄梅天“长蘑菇”?别嫌弃,博物馆里的“干蘑菇”可是真宝藏

问AI · 古老标本的DNA分析能揭示什么秘密?

最近上海进入了梅雨季。

连日的阴雨使人体感闷闷。


不仅晾不干,甚至不少小伙伴发现了个神奇现象:行道旁、阳台盆栽,甚至家里的苹果里都悄悄长出了蘑菇面对这些不速之客,大家往往避之不及。


在博物馆里,

科学家们把蘑菇“风干”后珍藏起来哦!


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新鲜和干燥的Tricholoma acerbum

图源:左:Davide Puddu通过 Mushroom Observer CC-3.0;

右:奥斯陆自然历史博物馆


乍一看,你可能更喜欢左边新鲜、充满活力的蘑菇,而不是右边干燥、干瘪的蘑菇。但对科学家来说,这种干蘑菇是信息宝库。


它被称为收藏品中的标本,并被标本馆精心保存,帮人们记录地球的生物多样性,并回答有关过去、现在和未来的问题。


一些标本甚至源于数百年前的收集,那时候好些鉴定分析的方法还没有被发明,例如 DNA 或化学分析等方法。

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为什么博物馆偏爱“干蘑菇”?

植物标本馆(Herbarium)和真菌标本馆(Fungarium)是保存下来的植物和真菌标本的集合。它们就像是自然界的“档案馆”,收藏了从茂密的热带雨林、北极苔原、干燥的沙漠到偏远山脉采集而来的样本。


科学家、学生和业余收藏家为记录和保护这种丰富的多样性做出了贡献。他们收集蘑菇,确定种类并存放起来。


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在户外寻找蘑菇


这些收藏品不仅仅是存放在标本柜中的干燥植物和真菌,而是重要的生物分类参考资源库,核心价值在于留存各已知物种的模式标本(Type Specimen)。每一个植物或真菌物种的有效学名,都必须永久依附于一个特定的模式标本,正如法国的标准铂金条曾定义一米的确切长度一样,模式标本为物种鉴定提供了权威、可追溯的物理参照。


当我们认为发现了一个新物种时,必须将其与我们已知类群的模式标本进行细致比对,以确保它与所有已知物种存在明确差异,并据此指定一份新的正模标本(Holotype)永久保存于公共标本馆。


鉴于模式标本具备不可替代的分类价值,绝大多数标本馆都会对其采取特殊保管措施。许多著名标本馆会将模式标本单独存放于专用档案柜或采用醒目的颜色标识(如红色档案夹)进行区分,并给予优先保护和严格的环境控制。


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奥斯陆自然历史博物馆(左)和上海自然博物馆(右)中的植物标本(模式标本)存放


然而需要明确的是,模式标本的损毁或遗失虽然意味着原始定名依据的物理实体永久消失,但并非分类学研究的终结。《国际藻类、真菌和植物命名法典》为此设立了严格的补救机制——可通过法定程序指定后选模式标本(Lectotype)或新模式标本(Neotype),为该物种名称重新建立功能性的分类基准和参照点,从而维持命名形态的稳定性。

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跨国连线:奥斯陆和上海

奥斯陆自然历史博物馆和上海自然博物馆都有大量的植物和真菌标本。


乍一看,他们的标本室里摆满了深色木柜,里面装满了可追溯到几个世纪前的标本,几乎可以被误认为是同一个地方。


虽然两家博物馆的目标是共同的,但是他们收集保存标本的方法却各有不同,反映了当地的情况、资源和传统。


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真菌储存(左图两张:奥斯陆的真菌标本储存;右图两张:上海自博馆的真菌标本储存)


在上海,低温冷冻消杀是上海自然博物馆标本的主要害虫防治手段,馆内设有专用消杀冷库。馆藏所有独立盒装真菌标本均统一采用标准化处理流程完成保存与防虫作业。


标本首先经热风机充分干燥,分装至规格适配的独立标本盒;随后将标本盒装入密封袋,在-40℃的冷库中冷冻消杀一周以上。冷冻处理完成后取出密封袋,置于库房静置不少于24小时回温,待密封袋外壁凝露完全消散、袋体干燥,再统一收纳入库保存。


标本柜内放置有樟脑等天然防虫药剂,依靠药剂挥发形成气味屏障,起到驱虫防护作用;同时库房配备除湿设备,将环境湿度稳定维持在50%左右,避免标本受潮霉变,从虫害、湿度两方面双重保障标本储存质量。


在奥斯陆,标本在-40°C下冷冻至少一周,在储存前杀死任何害虫和幼虫。冷冻后,将标本密封在塑料袋中,以保护它们免受害虫和受潮发霉。


奥斯陆的藏品包括许多北极物种和长期采样系列,需要紧凑的存储方式,标本通常放在塑料袋内的信封中。在上海,存放在抽屉中的标本盒用来存放单个真菌标本


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上海自然博物馆 (左)和奥斯陆自然历史博物馆(右)的真菌标本储存


保存标本的另一种方法是建立大型活体植物收藏——植物园有时也被称为"活体博物馆",它们展示了全球植物的多样性和同一分类群下的不同物种。

在上海,有一座著名的综合性城市植物园——上海植物园。该园位于上海市徐汇区西南部,前身为始建于1954年的龙华苗圃,占地81.86公顷。园内有15个专类园及展览温室等展示区,并设有科研引种驯化区,广泛搜集和栽培国内外植物,保存标本约1.82万份,在珍稀濒危植物迁地保护方面发挥了重要作用。


在奥斯陆,气候条件较为特殊——属于湿润大陆性气候,冬季寒冷且春季短暂(仅有约3个月),这对露天种植多样化植物构成一定挑战。


因此,奥斯陆自然历史博物馆下属的植物园(成立于1814年)采取兼顾策略:一方面通过历史悠久的温室设施(如1870年建成的棕榈温室和维多利亚温室)维持热带和亚热带植物的生存;另一方面将更多研究重点放在室内标本收藏上,包括干燥腊叶标本库和种子库等离体保存资源。

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存储挑战:给蘑菇“排座位”有多难?


保存标本的过程中面临独特的挑战。由于真菌标本尺寸的差异范围从毫米级微小孢子到直径数厘米的大型子实体,针对不同类别的样品需要采用不同的保存方法。


小型真菌通常可以直接封装入纸信封中进行保存——干燥后的标本可平展放入信封,再置于标本盒中存储。


大型真菌或因复杂的生物关系而具有特殊保存要求的标本则需要更谨慎的处理。例如:冬虫夏草Ophiocordyceps sinensis)为线虫草科线虫草属真菌,寄生在蝙蝠蛾科昆虫幼虫上的子座与虫体复合体,属于菌-动物共生关系的典型代表,必须同时保存完整的虫体与子座;锈菌(Puccinia spp.)约有4000种,属于专性寄生真菌,难以纯培养,分类鉴定高度依赖寄主植物信息,采集时必须连带保存受感染的植物组织。


这类复合标本的保存不仅涉及菌体本身,还需要尽可能保留原始形态以及与宿主之间的关联信息,包括完整保存复合结构、详细元数据记录和数字化备份等操作要点。这确保了标本在未来研究中能够回答关于共生关系演化、生态互作机制及生物多样性保护等重要科学问题。


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上海自然博物馆真菌标本从大到小的不同尺寸


对如此多样化的材料进行分类会引发问题:标本应该按学名组织吗?按采集日期或数量?按位置?每种方法都有利弊。学名会随着分类学的发展而变化,尤其是在真菌研究中,超过 90% 的多样性仍然是未知的。


按藏品编号排序,了解它们首次进入藏品的时间,那就需要一个详细的最新跟踪系统,以便找到某些标本。


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按位置排序,很大程度上取决于稳定的地理边界,这在挪威这样省份边界随着时间的推移定期变化的地方是一个挑战。


此外,一些标本包括两种生物体(例如,被锈菌感染的叶子)。这带来了一个更复杂的问题,这些应该与植物收藏还是真菌收藏一起存放?


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没有放之四海而皆准的答案,每个机构都必须选择适合其需求的方法。


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旧标本,新数据:生物多样性的“时间机器”


随着DNA分子生物技术的持续革新,馆藏腊叶标本的科研价值被进一步挖掘与放大。技术创新突破了传统形态分类的研究局限,使研究者得以解答标本采集时期未曾预见、无法预判的科学问题。


例如,科学家已成功对一份约500年前(约1558年,意大利文艺复兴时期)的番茄腊叶标本完成古DNA测序。该标本现藏于荷兰自然生物多样性中心(Naturalis Biodiversity Center)。研究通过基因组分析,揭示了该标本的祖先可能起源于墨西哥湾地区,并重建了番茄从美洲向欧洲传播的驯化历程,为理解哥伦布大交换背景下人类农作物扩散提供了分子层面的直接证据。


真菌分类研究领域,分子技术的应用价值尤为突出:许多形态特征高度一致的真菌类群在遗传层面存在显著分化,被分类学家称为"隐存种"(cryptic species)。分子鉴定不仅能够揭示肉眼难以察觉的物种多样性,也有助于重新审视传统基于形态特征的分类系统——部分曾被界定为独立物种的类群经分子分析后被证实为同一物种,从而修正了传统形态分类的偏差。


奥斯陆标本馆及相关研究机构利用馆藏标本开展分子生物学分析,已建立包含数千份样本的DNA库。提取的DNA可用于系统发育研究、物种鉴定及遗传多样性分析。非破坏性DNA提取技术的进步,使得珍贵标本的遗传信息获取成为可能,减少了对标本完整性的影响。


标本馆还持续推进馆藏标本数字化工作,通过扫描标本图像、录入标签信息,将物种名称、采集地点、采集日期、标本影像等数据上传至GBIF等国际生物多样性信息门户。部分数据已面向全球开放,促进了标本资源共享与高效利用。数字化覆盖率因馆藏类别而异,模式标本和重要类群的数字化进度更为优先。


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奥斯陆用于数字化标本(左)和 DNA 采样(右)的装置

馆藏标本采集时间跨度大,部分北极地区标本可追溯至19世纪末(如1898-1966年间的探险标本)。这些标本记录了不同历史时期的物种分布、形态特征及生境信息,为科研人员开展数十年乃至数百年尺度的生态与环境变化研究提供了重要数据支撑。研究人员可通过比对古今标本,分析气候变迁、土地利用活动等因素对物种分布格局的影响。


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Agaricus sp. 担孢子扫描电镜高倍视图


自然历史收藏提供了潜在的保护工具。植物标本中保存的种子在适宜条件下可在数十年甚至更长时间后保持发芽能力。例如,智利复活节岛上原本被认为在1952年野外灭绝的Toromiro树(Toromiro/Sophora toromiro),其新个体是通过复活节岛自然历史博物馆保存的标本种子成功培育并重新引入野外。


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样本中存储的信息示例及其研究应用

(修改自Moen & Bendiksby,2019)


对自然历史采集标本的研究可能性是巨大的。每个保存下来的标本都包含丰富的信息,从形态特征、地理来源、采集日期等生态数据到DNA信息,都可以使用先进技术进行重新分析。这些研究不仅限于标本原始鉴定目的,还可以追溯物种分布格局的历史变化、分析遗传多样性随时间的变化,以及发现新的分类单元。


在真菌研究领域,标本支持对真菌分类、系统发育、生物地理及保护的研究。虽然真菌标本的DNA保存相对更困难(真菌组织降解较快),但近年来分子技术的发展已使真菌标本的古DNA研究成为可能。


随着气候变化和栖息地丧失的加速,这些标本充当了"时间胶囊",为科学家提供了历史时期物种分布和种群状态的基线数据,有助于评估环境变化对生物多样性的影响,并为未来的保护规划提供参考。


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下次当您走过博物馆里的植物或真菌标本,或是翻阅数字植物标本馆时,您会记起今天读到的这些,也许会停下来片刻。


这些标本不仅仅是生命的枯萎残余,它们显现了大自然的巨大多样性和美丽,是我们了解星球的过去、现在和未来的关键。它们为追踪环境变化、重新发现失落物种、加深人类对地球生命理解提供所需的数据。


【安全提醒】


野外、家中、盆栽中生长的野生蘑菇切勿随意采摘和食用。仅凭外观无法准确辨别毒蘑菇与可食用蘑菇,误食野生毒蘑菇会引发中毒危及生命。

参考文献:

[1]The Editors of Encyclopaedia Britannica. (1998, July 20). Metric system | Definition, Facts, & History. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/metric-system-measurement

[2]Vos, R., Van Andel, T., Gravendeel, B., et al. (2022). A tomato genome from the Italian Renaissance provides insights into Columbian and Pre-Columbian exchange links and domestication. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.06.07.495125

[3]Andrew, C., Diez, J., James, T. Y., & Kauserud, H. (2019). Fungarium specimens: A largely untapped source in global change biology and beyond. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 374(1763), 20170392. https://doi.org/10.1098/rstb.2017.0392

[4]Délye, C., Deulvot, C., & Chauvel, B. (2013). DNA Analysis of Herbarium Specimens of the Grass Weed Alopecurus myosuroides Reveals Herbicide Resistance Pre-Dated Herbicides. PLOS ONE, 8(10), e75117. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0075117

[5]Maunder, M., Culham, A., Aldén, B., et al. (2000). Conservation of the Toromiro tree: case study in the management of a plant extinct in the wild. Conservation Biology, 14(5), 1341–1350. https://doi.org/10.1046/j.1523-1739.2000.98520.x

[6]Moen, V., & Bendiksby, M. (2019). Naturhistoriske samlinger som ressurs for samfunnet. Orebladet - Norsk Botanisk Forening, 22(1), 25-30. https://trondelag.botaniskforening.no/wp-content/uploads/sites/37/2024/11/Orebladet-1-19.pdf

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作者  Veerle van Winden

挪威奥斯陆大学 博士研究生


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作者  王晓娟

上海科技馆自然史研究中心 教授

城市生态与生物多样性研究室主任

* 本文未标注照片来自作者提供。

* 本文第一作者受中国国际人才交流基金会国际青年人才来华交流项目(简称CEP项目)支持,为来华实习期间的科普成果。部分研究内容为奥斯陆大学自然历史博物馆的最新研究成果。

* CEP项目以“开放包容促发展、双向赋能共成长、择优遴选重实效”为原则,主要资助优秀外国青年人才来华开展访问交流、国际实习和短期工作,旨在促进外国青年人才了解和认识中国,推动中外青年在交流中“增进了解、收获友谊、共同成长”。


科学审核  上海市农业科学院食用菌研究所 吴莹莹 副研究员

策划编辑  赵妍


文章为上海自然博物馆所有

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