Not all isotopes make good geolocators: trophic transfer reveals contrasting geolocation potential in eastern spruce budworm

长期以来，科学家们一直试图寻找一种仅通过观察动物身体就能得知其行踪的方法。这一构想基于一个简单的真理：不同地方的水、土壤和空气都含有独特的化学特征。当植物吸收当地的水分或从当地的土壤中摄取养分时，它们也会吸收这些特征。随后，以这些植物为食的动物会在自身的组织中携带这些相同的化学标记。通过测量这些标记，研究人员通常可以将昆虫或鸟类追踪回它们的出生地或迁徙路径。这种被称为“稳定同位素地理定位”的方法已成为追踪野生动物的标准工具，尤其是对于那些体型太小而无法携带电子标签的生物而言。然而，整个方法论建立在一个关键假设之上：即化学信号以一种可预测且可靠的方式从植物转移到动物体内。如果动物在消化食物的过程中过度改变了信号，或者信号在过程中丢失了，那么这张“地图”就会变得毫无用处。

一组研究人员着手利用东部云杉蠹虫（一种在加拿大东部树木上觅食的蛾类）来测试这一假设。他们从该地区的已知地点采集了蛾类及其寄主树木的针叶。在实验室中，他们测量了植物和蛾类中的五种不同化学标记，以观察每种标记在植物到昆虫之间的传递效果如何。结果显示，并非所有的化学标记都是同等优秀的。有些标记能够极其精准地转移，而另一些则几乎完全失效。

研究发现，有两种特定的标记在追踪这些蛾类方面表现卓越。其中一种与自然界中硫的行为相关的标记，从树针转移到蛾类时，其数值几乎没有发生变化。它在植物与昆虫之间展现出了近乎完美的匹配，且由于加拿大东部的硫模式已被完善绘制，因此该标记为精准定位蛾类的来源提供了清晰路径。第二种标记反映了当地土壤岩石的年代，同样表现良好。虽然单个蛾类有时因体型过小而无法提供清晰的读数，但当研究人员合并多个样本进行分析时，来自土壤岩石的信号便清晰地显现出来，并能高精度地匹配当地的地质特征。

另一种与氮相关的标记在从树木向蛾类转移的过程中也表现得非常忠实。研究人员观察到了一个一致性的数值偏移，这意味着他们可以准确预测蛾类身体如何改变来自植物的信号。这使其成为一种强大的工具，前提是科学家必须先绘制出该地区树木中的氮模式。然而，这项研究也揭示了显著的局限性。一种基于碳的标记在植物与蛾类之间仅表现出中度的关联，由于不同地点之间的变异过大，无法用于精确追踪。最令人惊讶的是，目前在昆虫地理定位中最常用的氢基标记表现却非常糟糕。蛾类体内的氢值与它们所食树木的数值几乎没有关系，其中的随机变异如此之大，以至于信号实际上已经丢失了。

这些发现挑战了“某种化学标记本质上对追踪动物是好是坏”的观点。相反，这项研究表明，一个标记是否有用，取决于多种因素的复杂结合：环境如何分布该化学物质、植物如何吸收它，以及动物如何处理它。对于东部云杉蠹虫而言，硫和锶提供了一张可靠的地图，而氢尽管广受欢迎，却无法讲述故事。这意味着科学家不能简单地将一套标准的标记列表套用到每种物种身上。为了准确追踪任何动物，研究人员必须首先了解该特定动物是如何与其局部食物及环境中的化学成分进行互动的。