葉片光譜反射率與基因表達的關聯：開啟森林監測與生態預警的新紀元

聖母大學（University of Notre Dame）的研究團隊近期取得重大突破，成功建立了植物葉片光譜反射率與特定基因表達之間的直接關聯。這項發表於《自然：通訊地球與環境》（Nature: Communications Earth & Environment）期刊的科學研究，揭示了如何利用衛星光譜分析數據來獲取植物的分子狀態資訊。這項技術的潛在價值在於，它能在樹木出現肉眼可見的衰敗徵兆之前，提早發出壓力警訊，為森林健康監測提供前所未有的預警能力。

該研究主要針對威斯康辛州北部（Northern Wisconsin）及密西根州上半島（Upper Peninsula of Michigan）森林地帶的糖楓（Acer saccharum）與紅楓（Acer rubrum）葉片樣本進行深入分析。聖母大學環境研究中心（UNDERC）主任暨首席研究員內森·斯文森（Nathan Swenson）指出，反射光的特定波長與植物應對乾旱及病蟲害侵襲的相關基因之間，存在著強烈的聯繫。分析結果顯示，超過半數的研究基因與特定的光譜特徵具有明確的相關性，這使得科學家能夠為植物建立獨特的分子「指紋」。

這種創新的方法論為利用感測器進行基因組規模的森林生態系統監測開闢了道路。透過部署在國際太空站（ISS）等平台上的感測設備，研究人員得以實現大範圍的數據採集，此計畫亦獲得了美國國家航空暨太空總署（NASA）的資金支持。相較於傳統採樣與基因組學研究在面對廣大領土時所面臨的勞動力密集與高昂成本挑戰，遙測技術現在能提供更具深度的數據支持。這項研究與現有的太空任務（如在國際太空站運行的 GEDI 任務）相輔相成，在原有的生物量繪圖基礎上，增添了分子層級的理解維度。

將這些光譜數據與現有基於人工智慧（AI）的樹種分布圖相結合，可以為每一棵樹建立詳盡的健康檔案。這種整合能力確保了在發現森林健康衰退跡象時，能夠進行及時且具針對性的干預，這對於維持生物量與碳平衡至關重要。這項新技術標誌著監測手段的重大轉向：從單純記錄物理特性，演進到評估決定森林對抗乾旱與病蟲害等壓力源韌性的底層分子過程，為全球森林資源的永續管理提供了強而有力的科學支撐。