11.2: 开拓者

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推理开拓者：保罗 D.N. Hebert

图\(11.4\) Paul D.N. Hebert，2015（来源：Åge Hojem 的 “保罗·赫伯特——通过 DNA 条形码揭示行星生物多样性”，NTNU VitenskapsMuseet/NTNU 大学博物馆/维基共享资源，CC BY 2.0）

学习目标

在本节结束时，您将能够：

阅读以了解探索、学习和批判性思维。
确定推理策略并解释其功能。

科学中的推理策略

保罗·赫伯特（生于 1947 年）出生于加拿大安大略省金斯顿，获得家乡公立研究型大学女王大学理学学士学位。然后，他在剑桥大学（英国）攻读研究生课程，并在那里获得了遗传学博士学位（一个涉及遗传和遗传特征变异的生物学分支）。他在澳大利亚的悉尼大学呆了三年，然后又在伦敦的自然历史博物馆呆了一年。回到加拿大后，他开始在温莎大学学习，随后在温莎五大湖研究所担任院长。 1990 年，他加入安大略省圭尔夫大学教师，担任生物多样性基因组学中心（生物技术的一个分支，致力于将遗传学和分子生物学的概念应用于遗传图谱和 DNA 测序）的主任，并担任加拿大分子分子研究主席生物多样性（研究在地球上或地球上某个特定地方发现的各种生命）。

有趣的是，著名的遗传科学家赫伯特博士使用推理策略来组织他的研究。 2019 年，他领导的一个团队发起了一项耗资数百万美元的工作，旨在识别超过 200 万种新生物。由于世界物种流失的速度快于物种被发现的速度，因此他的举措恰逢其时，增加了他的工作价值。生物多样性领域的专家估计，地球是870万至2000万种不同种类的植物、动物和真菌的家园。但是，到目前为止，只有180万例被正式描述。

2003年，赫伯特博士首次提出了使用DNA（脱氧核糖核酸的缩写，它编码遗传样本遗传性状的遗传信息）来创建所谓的DNA条形码的概念（https://openstax.org/r/barcode）。这种策略是一种通过使用遗传密码的特定部分对物种进行识别和分类的方法。在他的开创性论文中，他提出将DNA条形码作为区分物种的解决方案，为每个生物使用相同的小片段DNA。今天的一个相似之处是杂货店和其他商店的扫描仪使用商品上的 UPC 条形码来确定价格的方式。

条形码思维背后的想法是，它创建了一个可以以多种方式使用的独特序列。其中两种方法包括将生物识别为较大物种的一部分，以及识别以前未知的物种。赫伯特提出，通过对给定标本中少于1,000个线粒体（处理许多生物中发现的亚细胞结构）DNA碱基进行测序，可以区分动物物种。

赫伯特博士是安大略省生物多样性研究所的创始所长。它的目标是

增进对构成生物多样性的认识；
保护生物多样性；以及
帮助促进生物多样性研究人员的全球合作。

除了在安大略省生物多样性研究所工作外，赫伯特博士还领导了《国际生命条码》，该条形码始于2008年，是一个包含已知物种及其识别序列的参考库。条形码有助于识别生物并记录它们如何与其他物种相互作用。

《国际生命条码》的一个研究项目是 BIOSCAN (https://openstax.org/r/bioscan)。 BIOSCAN 的研究领域有三个方面。首先是加快物种的发现。 BIOSCAN将使用新方法，通过分析来自淡水、咸水和陆地资源的数亿个标本，提高对数百万种尚未发现的物种的识别。第二个领域是物种的相互作用，它将研究复杂的物种生态系统，这个话题在很大程度上仍然笼罩在神秘之中。第三个领域是物种动态，它将研究世界上许多由环境条件定义的地区。研究人员将利用这些数据汇编全面的起点，以便比较生物多样性。

在持续的努力中，BIOSCAN希望利用全球2,500个地点的标本和物种相互作用，将参考文献库增加一倍以上，以此向DNA技术的国际影响致敬。几乎所有新的条形码记录都将来自未描述的物种。主要目标是发现物种。将采集样本条形码序列。如果它与现有物种不匹配，研究人员将更仔细地检查标本，希望找到新的物种。过去，这个过程要花好几年时间才能确认为一个新物种。

赫伯特博士希望，到2030年，学生可以将手持式条码器带到野外，并使用它们立即识别动植物。

讨论问题

比较杂货店中使用的 DNA 条形码和 UPC 条形码是否有助于你理解 DNA 条形码的概念？为什么或者为什么不呢？
BIOSCAN 利用来自全球 2,500 多个站点的互动如何帮助该计划实现其目标？
赫伯特博士在他领导的团队发起的计划中如何使用因果推理策略？该举措的原因是什么，其效果如何？
赫伯特博士在他关于DNA条形码的提案中如何使用问题和解决方案的推理策略？赫伯特博士解决了什么问题，其解决方案是什么？
分类和划分的推理策略对像赫伯特博士这样的研究人员有何用处？用文中的示例来支持你的回应。
研究人员可以通过什么方式使用比较和对比推理策略来发现新物种？