世界植物与真菌展主步道一览。
数字植物学专题特刊

数字生物多样性革命需要的不仅仅是数据

在邱园举办的“世界植物与真菌状况研讨会”上,数字化有望带来新的科学成果、更精准的保护措施和更快速的人工智能。但最棘手的问题却关乎人、权力以及谁从中受益。

https://www.botany.one/the-digital-biodiversity-revolution-needs-more-than-data/

您认识会喜欢这个的人吗?

世界植物和真菌状况(SOTWPF)研讨会 本书围绕一个简单但意义深远的主题展开:数字生物多样性革命。 SOTWPF报告 本书汇集了来自40个国家170多个机构的400多位专家的意见,并由新植物学家基金会特别系列出版。 充分利用标本数字化带来的优势其中包括来自 38 个国家的 50 多位科学家的贡献。

为期三天的研讨会进行了现场直播,但现场体验却截然不同。数字生物多样性革命正在邱园乔德雷尔实验室的走廊和演讲厅里上演,人们在排队买咖啡、欣赏海报、参观植物标本馆和真菌馆,以及在湖边盛开的睡莲旁休息的间隙进行交流。

Botany One 的摊位摆满了糖果、一些意想不到的水果,还为电子报订阅者准备了盆景乐高套装抽奖活动。在我们摊位旁边, Max Communications 他们正在演示他们的数字化工作站,其中包括一台价值超过 5,000 英镑的 100 亿像素富士胶片相机。我开玩笑说要分散团队的注意力然后把相机偷走,但当我们得知这台相机有自己的安全跟踪系统时,玩笑就此作罢。

在SOTWPF研讨会期间,休·迪金森在乔德雷尔实验室周围: Annals of Botany 公司、植物学特邀编辑 Juniper Kiss 和 Alun Salt 在 Botany One 展位;海报展示;以及 Alan Paton 介绍邱园的数字化项目。来源:Juniper Kiss

我有...... 关注了之前在线举办的世界植物和真菌状况活动。但直播无法重现海报旁、咖啡桌旁或参观完植物标本馆、真菌馆或花园后的交流。食物自然是素食。快闪演讲最能体现现场气氛:60秒,黄牌警告,红牌警告,铃声响起。我相信大多数会议如果以这种方式进行,效果都会更好。

植物学一号 数字植物学专题特刊 整个月我们都在围绕着许多相同的问题展开讨论。我们探讨了植物采集的实地情况、数字化技巧、馆藏资源能够揭示的信息,以及全球工具与本地行动之间的差距。研讨会就像是将这些主题汇聚到了一起,现场还有更多咖啡,许多慷慨的科学家分享了各自不同的研究方法,共同朝着一个总体目标努力。

我的主要收获是,数字化生物多样性革命是真实存在的,而且令人振奋。全球数百万未充分利用的馆藏正在被数字化。但是,如果这场革命的步伐超过了溯源、公众同意、能力建设、利益共享和长期资金等环节,就有可能将馆藏变成另一种资源掠夺性基础设施。会谈明确了技术层面的前景;但也留下了一个更棘手的问题:资源充足的机构如何在不攫取过多利益的前提下,支持资源匮乏的机构?

线下研讨会的讨论主题是:社群下一步应该优先考虑哪些方面:数字化更多馆藏、改进现有数据、资助本地基础设施、培训人员,还是管理敏感记录?我并没有得到明确的答案,尤其是在谁来资助那些进展缓慢的工作,以及资源充足的机构将如何支持资源匮乏的馆藏方面。这种不确定性值得公开讨论,因为它是整个变革的基石。虽然所有研讨会的摘要和录音都可以在网上找到,但以下是一些要点。

第一天:从标本到保护行动

最早的例子之一来自 玛丽安娜·勒鲁这个 南非国家生物多样性研究所(SANBI), 欧石楠这种原产于开普敦平原的物种在20世纪上半叶因城市扩张和农业发展而在野外灭绝。植物标本馆的收藏帮助自然保护主义者重建了它的生长区域和所需的栖息地类型。随后,活体标本的采集又帮助了它的重新引入。

勒鲁在她的演讲中说:“虽然个别样本与政策之间的联系可能看起来很遥远,但这种联系是真实的,绝不应低估它。”

这是数字化最直接的影响路径。标本标签可以变成清单。清单可以变成红色名录。红色名录可以成为政策决策。政策决策可以决定一片栖息地是受到保护还是被开发。这并非对旧式标本柜的怀旧,而是证据在世界各地流动。

欧石楠 这展现了数字化在南非的影响路径:古老的植物标本馆记录帮助重建了曾经在野外灭绝的物种的栖息地和分布范围。来源: YouTube [1:43:02]

同一会议的内容从植物标本馆转移到了微生物和真菌标本馆。 安德烈·尤尔科夫来自莱布尼茨研究所德国微生物菌种保藏中心(DSMZ)的专家指出,微生物菌种保藏中心是“另一个截然不同的世界”。不妨看看…… 菌株信息它们不仅仅是标签和图像。它们还包括可存活菌株、培养物、序列、生长条件、代谢数据、名称、标识符、专利限制,有时还包括其他信息。 名古屋议定书 or 生物多样性公约 (CBD)相关的访问限制。对于真菌而言,问题更加复杂:标本、活体培养物、环境序列和来自iNaturalist的照片可能都指向同一种生物体,但却处于不同的系统中。

Andrey Yurkov 将微生物菌种库展示为关联数据系统,其中菌株与可用性、分离株、生长条件、序列、分类、命名和元数据相关联。来源: YouTube [2:17:09]

然后 汉娜·麦克弗森他在澳大拉西亚的演讲表明,数字化是一个长期的合作过程,而不是一个单一的项目。 澳大利亚虚拟植物标本馆 最初是澳大利亚各植物标本馆之间的合作,现在与……联系在一起 澳大利亚生活地图集 以及GBIF。麦克弗森描述了各个馆藏标本数量从1.6万件到16,000万件不等,澳大利亚的数据库建设远远领先于影像学,而新西兰的影像学发展则更为先进。她重点介绍了澳大利亚的许多工具和数据库(例如)。 澳大利亚特质, 赫斯皮, 特斯迈特它们还有助于文化知识的传承,为文化视角下的标本管理和知识归还提供机会。正如麦克弗森所说,“昨天收集的物品,几百年前收集的物品”,都能帮助我们拼凑出全球图景。

她最令人印象深刻的例子之一是“被丹抓住了”。这句话出现在由……收集的标本上。 乔治·凯利他是悉尼首位政府任命的植物学家,当时他正与原住民知识持有者合作。 丹尼尔·穆瓦廷这些标签的作用远不止于指出植物。它们有助于还原采集、语言和认知的历史。它们也表明,如果操作得当,数字化可以成为一种修复手段。缺乏这些背景信息的标本图像会逊色很多。

汉娜·麦克弗森展示了澳大利亚和新西兰的植物标本馆如何将长期数字化基础设施与人工智能流程、数据质量、数据管理和知识回流联系起来。来源:Juniper Kiss

卡洛斯·哈拉米洛PollenGeo 谈话突显了……的奇妙之处 孢粉学花粉几乎坚不可摧,种类繁多,在蜂蜜鉴定、过敏症研究、法医学、考古学、石油勘探和古生态学等领域都发挥着重要作用。它可以告诉我们蜜蜂的足迹、尸体的迁徙路线、人类在欧洲的迁徙轨迹,以及数百万年前亚马逊地区的样貌。Jaramillo 的研究将机器人切片数字化技术与基于新热带花粉训练的神经网络相结合。数字化一张切片大约需要 12 分钟,生成一个约 20-25 GB 的文件,这使得原本需要在显微镜下耗费数小时的工作,如今可以通过一个基于神经网络的流水线完成。 奥梅罗生物图像档案库MySQL 数据库、服务器、显微镜、工作站和人工智能处理计算机。

Jaramillo 的演讲也产生了本次研讨会上最精彩的技术语录之一。

“我从事这项工作大约有 35 年了,我们一直都在使用图像,但在开始这个项目之前,我真的不知道图像是什么。”

例如,做 了解两者之间的区别 JPEG 和 PNG数字图像不仅仅是屏幕上看起来漂亮的图像。它包含像素、焦平面、文件格式、压缩、元数据、色彩、分辨率和信息。这一点至关重要,因为如今的图像集不仅要供人使用,还要供机器使用。

卡洛斯·哈拉米洛的 PollenGeo 项目将显微镜载玻片转化为可用于人工智能的图像数据集。来源: YouTube [2:37:03]

第二天:从植物标本到坐标和特征

达蒙·利特尔他在Sòlarsteinn演讲中也探讨了语言学领域面临的同样问题。Sòlarsteinn是一个用于标本标签地理定位的人工智能系统。他首先谈到了名称背后的含义:一件维京时代的文物。 太阳石 它能将光线分成两束,帮助人们在阴天找到太阳。这是一个很好的比喻。植物标本标签也是一种导航工具,只不过它比较杂乱。

标签上可能包含旧地名、收藏家的速记符号、已不存在的火车站,或者像“附近”或“周围”这样需要转换成坐标的短语。利特尔的系统并非被包装成神奇的LLM技巧。他回忆起这个项目是如何启动的。“用LLM,”他们说。“它肯定管用,”他们说。说完,他叹了口气,轻轻地笑了笑。实际的架构设计要严谨得多: GBIF数字生物 训练和测试数据,SentencePiece 分词,4,096 个词元 ID, 达尔文核心 输出、球坐标、注意力机制以及使用地球大圆距离的自定义损失函数。

将数百年前的植物标本转化为“人工智能可用”数据并非一句口号,而是将零散的历史语言转化为结构化的生物多样性证据。利特尔的更广泛研究还包括…… 2021年植物标本馆“半地球挑战”数据集这有助于创建用于从植物标本册中自动识别分类单元的大型多样化训练数据集。

Damon Little 在 Sòlarsteinn 的演讲展示了如何将历史地名文本转化为标记化的模型输入和结构化的 Darwin Core 式地理参考输出。来源: YouTube [38:47]

接下来, 珍妮·卡文德-巴雷斯来自哈佛大学植物标本馆的她,将数字化推向了标签和RGB图像之外的领域。她的演讲主题是…… 植物标本馆反射光谱 研究表明,标本可以蕴含植物的结构、化学成分、功能和系统发育等信息。她在报告中解释说,可见光范围内的光子让我们能够看到颜色,而近红外和短波红外波长则携带着“植物结构、化学成分以及植物形态的许多其他方面”的信息。然而,该方法仍不完善,因为不同的仪器、背景、光学装置和元数据仍需标准化。 iHerbSpec 工作组 正努力在不兼容的光谱数据集增多之前建立共享协议。

植物标本馆的反射光谱可以将标本与植物结构、化学成分、功能、遥感和全球生态系统建模联系起来。随后将进行小组讨论。来源: YouTube [1:00:48]/杜松之吻

真菌,终于成为焦点

真菌贯穿了整个研讨会,再次提醒我们,我们仍然缺少什么。 埃斯特·加亚 真菌测序项目 该项目利用历史真菌模式标本作为基因组证据。其目标是对7,000份模式标本进行分子鉴定,供公众使用。这些标本来自多个馆藏,这些馆藏共保存了超过1.8万份真菌标本和约61,000万份模式标本。在Ester的演讲中,关键在于对模式标本进行测序不仅仅是为旧标本添加DNA;它还有助​​于稳定真菌名称,将历史馆藏与现代系统发育联系起来,并使真菌在保护和生物多样性研究中发挥更大的作用。

埃斯特·加亚的真菌标本测序项目正在填补真菌模式标本和历史收藏品的基因组数据空白。来源: YouTube [4:54:40]

拉里萨·特里维勒·佩雷拉 关于巴西真菌多样性的讨论使问题的另一面也显现出来。巴西拥有重要的国家植物数据基础设施,其中包括…… 巴西植物和真菌 在REFLORA平台上,真菌的参与度、专著数量、特有种名录和保护应用方面,往往落后于植物。佩雷拉描述了她研究奇特而色彩斑斓的胃状真菌的经历——“它们非常奇特,所以我很喜欢它们”——同时她也指出,标本数据、GBIF记录和国家平台对于将真菌纳入红色名录和保护政策至关重要。她的演讲还表明,数据可以从馆藏转化为法律: 巴西现已拥有官方的国家级濒危真菌物种名录。赋予列入名录的真菌法律保护,并限制其采集、运输、储存、管理和贸易。她还使用了 瑞氏葡萄以“瑞士奶酪蘑菇”为例,具体说明了如何将标本数据、实地调查、分子表征、异地保护和公众宣传结合起来进行真菌保护。

巴西官方发布的濒危真菌物种名录展示了真菌标本数据如何从馆藏转化为法律和保护措施。来源: YouTube [5:26:04]

海报还展示了仍有多少珍贵标本被封存:马达加斯加拥有超过3,000份真菌标本,但其中相当一部分已经遗失、保存状况不佳或被保存在其他国家的真菌博物馆中,尤其是在欧洲。数字化可以消除一些地域障碍,但它无法掩盖这些障碍的存在。

当沉默的植物标本馆开口说话

丹尼尔·日吉拉关于 沉默的植物标本馆 在研讨会上,他可能获得了最持久的掌声。他的出发点很简单:一块尘封在柜子里的标本,其科学价值与陈列在精美数字平台上的标本不相上下。在哈佛大学植物标本馆工作期间,他可以在线浏览精心整理的标本,之后他回到尼日利亚,参观了母校的植物标本馆。 

在那里,在那些“古老、布满灰尘、破败不堪”的房间里,他发现了“非常精美、漂亮的标本”,这些标本却被全球生物多样性科学界所忽视。他的目的并非比较哈佛大学和尼日利亚的植物标本馆,而是探究为何一部分标本能够向世界发声,而另一部分却无人问津。正如他所说,这些标本“之所以沉默,并非因为它们无话可说,而是因为……全球科学界对它们充耳不闻。”

丹尼尔·日吉拉将“沉默的植物标本馆”定义为鲜为人知、未充分利用或未被全球植物学界重视的植物标本馆藏。来源: YouTube [4:59:06]

这些数字让这种沉默难以忽视。 Zhigila及其同事 在尼日利亚发现了大约53个植物标本馆,但其中超过70%未在全球名录中注册,例如: 植物标本馆索引约30%的人曾尝试在本地进行数字化处理,通常是在笔记本电脑、台式机或外接硬盘上,但只有约5%的人将标本或元数据上传到网上。其后果体现在以下方面: 锈色铁线莲一种药用植物。仅基于尼日利亚境外标本建立的物种分布模型得出的分布范围比使用尼日利亚境内标本建立的模型得出的分布范围要小得多。

其中一张幻灯片的结尾语说得最好:“每个标本都有自己的声音。让我们确保它们被听到。”这才是值得我们为之奋斗的数字化模式:不是从寂静无声的地方提取数据,而是投资于能够让各国建立、管理和利用本国植物证据的数字化。

海报展示环节反复强调了这一点。津巴布韦的数字化工作表明,在资源有限的情况下,战略优先排序、能力建设和伙伴关系能够取得怎样的成就。埃塞俄比亚的全球生物多样性信息机构(GBIF)工作则展示了能力提升如何能够调动来自代表性不足地区的植物标本馆和物种分布数据,从而支持红色名录评估、物种分布建模和国家报告。

第二部分继续进行到第三天,研讨会从方法和基础设施转向了权威、利益分享、开放许可和人工智能。


了解更多

世界植物和真菌状况研讨会 - 会议议程、录音及研讨会背景

2026年世界植物和真菌状况报告 研讨会背后的报告

新植物学家基金会特刊:充分利用标本数字化带来的优势 - 链接至《新植物学家》和《植物、人类、星球》的论文

《植物学一号》数字植物学专题特刊 与研讨会同期推出的专题刊物

• PollenGeo论文: Jaramillo, C., Punyasena,S.,de Alba,D.,Alveo,R., Arcila,A., 贝尔穆德斯,J., Bustos,J., Caballero‐Rodriguez,D., 卡德纳斯,K., 卡罗,D., 卡瓦哈尔,F., 卡斯塔涅达,I., 查韦斯,S., 达波利托,C., Diaz‐Jaramillo,A.迪亚兹,L. 戈麦斯,L., 莱昂-卡雷尼奥,M.洛佩拉,P. 洛佩兹,M.洛佩兹,P. 曼德,L., 穆尔西亚,J.莫雷诺,C. 莫雷诺,E., 内拉,E., 奥罗斯科,B.奥尔蒂斯,J. 奥萨,N.奥瓦列,N. 奥瓦列,C., Plata,A., 罗梅罗,I., 斯库德罗,B., 达席尔瓦·卡米尼亚,S., Tejada‐Fajardo,A., Do Valle,V.伍德,T.(2025)数字化馆藏以充分发挥孢粉学的潜力:以史密森尼孢粉学馆藏为例。《植物、人类、星球》,8(4),第1116-1131页。可访问: https://doi.org/10.1002/ppp3.70073.

• 新一代植物标本光谱论文: Cavender‐Bares,J., 怀特,D., 阿赫尔斯特兰德,N., 奥斯汀,M., 巴斯蒂亚内利,D., 巴赞,S., 布加尔米,K., 麦蒂格枢机主教,W., 查孔-马德里加尔,E., 库弗勒,T., 戴维斯,C., 杜尔甘特,F., 格蕾丝,O., Guzmán Q., J.汉森,K. Hernández‐Leal,M., 霍普金斯,M., 杰克逊,R., Kothari,S., 李,A., Léveillé‐Bourret,É., Pinto‐Ledezma,J., 昆特罗斯·卡萨韦德,N., 梅雷莱斯,J., Neto‐Bradley,B., 尼科德姆斯,C., 里,R., 施穆尔,M., 索尔蒂斯,D., 索尔蒂斯,P., 图奥米斯托,H., 乌斯汀,S.Vasconcelos, C. (2025)下一代标本数字化:从世界各地的植物标本馆中采集反射光谱,用于构建跨越时间、空间和分类群的植物生物学模型。《新植物学家》,251(2),第645-665页。可访问: https://doi.org/10.1111/nph.70645

• 无声的植物标本集论文: Zhigila,D., Schmidt‐Knapik, R., 蒂尔斯,B., 阿卜杜勒,S., 阿卜杜拉希,S., AbdulRahaman,A., 艾格博汗,E., 阿吉巴德,G., 阿吉卡,L., 阿科马耶,F., 阿约德勒,A., 阿齐拉,J., 巴巴莱,A., 贝洛,A., Chukwuma,D., Chukwuma,E.达迪勒,A. 埃克克,C., 芬尼安,I., 弗洛伦索,A.,Gbenga,A., 哈鲁纳,M., 易卜拉欣,J., 科拉沃勒,O., 利曼,A.,Mbagwu,F., 纳马迪,S., Njom,V., 诺扎,G., Nwafor,F.,Nwankwo,O., 俄巴底亚,C., 奥洛伦托巴,B., 泽,F., 图姆巴,Y.,乌马尔,M., 尤森,E., 瓦比利,M.戴维斯,C. (2025)当沉默的植物标本馆发出声音时,生物多样性科学得以进步。《植物、人类、星球》,8(4),第1378-1386页。可访问: https://doi.org/10.1002/ppp3.70091.

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作者

Juniper Kiss

Juniper Kiss 是一位环游世界的植物科学家和数据爱好者,也是 Botany One 的客座编辑和前撰稿人,她喜欢美丽的地块、数字化解决方案、与土地所有者合作、荆棘和香蕉。

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