全球动植物元素含量数据集 StoichLife：开启生态化学计量研究新视野

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《Scientific Data》：StoichLife: A Global Dataset of Plant and Animal Elemental Content

【字体：大中小】 时间：2025年04月04日 来源：Scientific Data 5.8

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　　为解决生物元素化学计量研究数据不足及机制不明的问题，研究人员开展了全球动植物元素含量的研究，构建了 StoichLife 数据集。该数据集涵盖多领域多物种，推动了生态化学计量学等领域的研究，有助于理解生命化学组成及对环境变化的响应。

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　　在大自然的奇妙世界里，所有生物都由 28 种天然化学元素构成，这些元素在生物的遗传信息存储、新陈代谢调节等核心生命过程中扮演着至关重要的角色。然而，不同生物体内这些元素的相对比例，也就是化学计量（stoichiometry），却存在着显著差异。这种差异与生物资源的摄取、同化、存储和释放等功能密切相关，同时也反映了生物为适应不同环境所演化出的多样生存策略。

但目前，针对动植物元素含量的研究多是零散的个案分析，缺乏广泛的空间和分类尺度上的数据整合，这使得我们难以揭示不同物种和生态系统间元素化学计量的普遍规律和潜在机制。在全球环境变化日益加剧的背景下，无法全面理解这些规律，就很难预测生物将如何应对当前和未来的环境变化。

为了填补这一关键研究空白，德国综合生物多样性研究中心（iDiv）的 sBIOMAPS 工作组的研究人员展开了深入探索。他们构建了全球首个生物地理和宏观进化层面的生物化学计量数据集 ——StoichLife。这一数据集成果发表在《Scientific Data》上，为相关领域的研究带来了新的曙光。

研究人员为了构建 StoichLife 数据集，采用了多种关键技术方法。首先是数据编译，制定了统一的模板，收集全球研究人员提供的动植物元素含量数据，同时纳入已有的大型数据库数据。其次，进行了系统的数据搜索，通过在 Web of Science Core 数据库检索相关文献，筛选出符合标准的研究。最后，运用 R 软件对定量数据、分类数据和空间数据进行严格的验证、清洗和格式化处理，确保数据的准确性和可用性。

数据来源与规模

StoichLife 数据集整合了 227 个数据集，包含来自已发表和未发表来源的 28,049 条记录，涉及 5,876 个物种，涵盖陆地、淡水和海洋领域。这些数据地理范围广泛，从南极（68°S）到北极（81°N），从美国夏威夷（160°W）到新西兰（177°E）。其中，14% 的数据集和 26% 的记录未发表。

数据类型处理

定量数据：对元素含量（如 % C、% N、% P）和元素比率（如 C:N、C:P、N:P）以及个体干重等定量数据进行严格验证，确保元素含量以干重百分比表示，元素比率准确反映质量和摩尔比。
分类数据：分类数据涵盖从物种、形态种到更高分类阶元的信息。研究人员通过自动和手动检查，利用全球生物多样性信息设施（GBIF）、综合分类信息系统（ITIS）等数据库，对分类信息进行验证和标准化处理，保证分类的准确性。
空间数据：对采样地点的经纬度坐标进行可视化检查，依据原始文献纠正空间错误，确保空间数据的准确性，便于后续生态和生物地理分析。

数据记录与变量

该数据集以 Excel 文件形式存储于 Dryad 平台，包含元素含量、空间坐标、生物组织层次、分类信息、领域身份等关键信息，部分数据还记录了个体发育阶段。同时，还有一个元数据文件详细说明各列信息。数据集共有 38 个变量，记录分布在 1,120 个地点。

环境数据整合

为探究环境对生物元素含量的影响，StoichLife 整合了空气温度、太阳辐射、环境氮和磷可用性等环境数据。这些数据来自美国国家航空航天局（NASA）的相关项目、已发表数据库和橡树岭国家实验室等机构，并通过计算平均值以确保数据一致性。

研究结论

StoichLife 数据集是目前全球范围内最全面的动植物元素含量数据集，它为研究生物化学计量的全球模式、生态和进化驱动因素以及环境相关的变化提供了丰富的数据支持。通过分析这些数据，研究人员可以深入了解生命的化学组成及其对环境变化的响应，推动生态化学计量学、功能生物地理学、宏观生态学和宏观进化等领域的研究进展。