By OCAdmin in 研究報導 on

生物群聚的結構，包含其物種組成和相對豐度，通常會隨著環境因子的變動而改變。傳統上，「種」被視為生物分類的基本單元，故一般生態研究會將個體歸類到「種」來進行群聚結構與環境因子的關聯探討。然而，考量到生物分類具有「種-屬-科-目-綱-門-界」的階層結構，其他的分類階層亦具有分析上的適用性。許多使用生物群聚進行環境評估的研究已經發現：即便使用較粗的分類單元(例如：「屬」或「科」)依舊能得到不錯的群聚-環境變動關聯性，雖然有時候結果差強人意，不過有時候卻會獲得比使用「種」更明確的關聯性。然而，為何改變分類解析度會產生如此不一致的結果，先前的研究對於其背後機制一直缺乏系統性的分析和探討。

針對這個問題，海洋所呂曉沛博士及謝志豪教授率領研究團隊，提出一套量化分析模式來評估生物群聚和環境因子的關聯強度如何隨分類解析度而改變。研究團隊收集大量來自於海洋及土壤的微生物群聚與環境資料來驗證分析方法的可行性，並結合生物演化和生態棲位的理論基礎，說明若能同時採用細到粗的分類單元來進行分析，將能揭示長期演化對於現生群聚結構的影響。此研究成果發表在2016年12月份的國際微生物生態學會雜誌《The ISME Journal》。

生物的演化過程多半會伴隨著生態棲位的分化，而依據近源物種在生態棲位上的重疊程度不同，當改變分類解析度時會造成所量測之生物群聚和環境因子的關聯強度呈現三種趨勢：1)無論使用細或粗的分類單元，所得到的群聚-環境關聯強度維持大致相同 (a, 圖一)，此情況代表親緣關係較近的物種具有較相似的環境偏好，暗示生態棲位選擇具有演化保守性；2)使用較粗的分類階層可以得到較強的群聚-環境關聯強度 (b, 圖一) ，此情況代表近源物種的棲位選擇範圍受到演化能力侷限而呈現高度重疊 (缺乏分析敏感度)，此時使用較粗的分類單元會加強結果的明確性；3)使用較粗的分類單元會偵測到較微弱的群聚-環境關聯強度 (c, 圖一) ，此情況代表近源物種傾向分化出有別於彼此的形質和能力，佔據截然不同的生態棲位。

近年來微生物群聚研究主要採用分子遺傳標記來進行分類鑑定，因此十分適合用來進行大規模系統性的分析。研究團隊收集來自於海洋及土壤的微生物群聚與環境資料，並使用一致的演化分類標準來探討：改變分類解析度如何影響生物群聚和環境因子的關聯強度？分析結果顯示：在大範圍採樣下，微生物群聚的變動通常可被環境因子的差異所解釋，而此群聚-環境的關聯強度會隨著使用「種、屬、科、目」分類解析度越粗而逐漸升高。這結果暗示了：雖然一般認為微生物的生態特性十分善變而難以掌握，但以整體演化的角度而言卻具有高度保守性而可量化預測。此研究有別於過往只分析「種」單一階層的資訊，特別強調生態研究必須同時考量到物種的演化歷程，方能更瞭解現今生物群聚的特性，以及當環境大幅變動時所可能造成的影響。

圖一、理論基礎示意圖：說明如何透過量化群聚-環境關聯來檢視演化保守程度。在假設範例中有S1-S5五個物種(Sp)，分屬於G1和G2兩個屬(Ge)。依據物種之間生態棲位的重疊情況不同，當使用「屬」的分類資訊來取代「種」的資訊進行分析時，生物群聚和環境因子的關聯強度可能有三類變化趨勢：(a) 維持恆定，代表屬於同樣Ge的Sp具有較相似的環境偏好；(b) 訊號加強，代表屬於同樣Ge的Sp具有高度重疊的環境偏好；(c) 訊號減弱，代表屬於同樣Ge的Sp分化出截然不同的環境偏好。

延伸閱讀

Hsiao-Pei Lu, Yi-Chun Yeh, Akash R Sastri, Fuh-KwoShiah, Gwo-Ching Gong and Chih-hao Hsieh (2016)Evaluating community-environment relationships along fine to broad taxonomic resolutions reveals evolutionary forces underlying community assembly. ISME J. 10, 2867–2878

http://www.nature.com/ismej/journal/v10/n12/abs/ismej201678a.html