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呂曉沛、謝志豪

國立臺灣大學海洋研究所

海洋研究所呂曉沛博士及謝志豪教授率領研究團隊，首度揭示東海浮游細菌的物種多樣性分布會受微生物的演化歷程所決定。此研究成果於2019年1月刊登在國際微生物生態學會期刊《The ISME Journal》。

某一個地區的物種多樣性，除了受到現今當地環境條件的調控之外，亦會受限於過去生物的演化歷程，例如：某一類群的生物祖先是否曾經播遷於此地並適應此環境；或者，某一類群的生物是否種化速率比其他類群快。關於這個議題，在動、植物的研究中，生物的演化歷程已被認為是影響現今物種多樣性分布的重要因素。然而，在目前微生物的研究中，鮮少考量到微生物物種多樣性分布的演化與歷史成因。

針對此問題，研究團隊提出一個模型，探討短期環境與長期演化兩項因素會如何影響現今所觀察到的生物多樣性分布(圖一)，並以東海的浮游細菌群聚為例，說明當考量不同微生物類群過去的種化歷程以及環境適應特徵，便能夠有效預測海水環境中的細菌多樣性分布(圖二)。

圖一所示之假設範例中(Case 1-3)，不同的生物類群各自有其獨特的環境適應特徵(例如：三角形顏色深/淺可代表適應高/低溫環境)與種化歷程(例如：三角形面積大/小可代表後代物種數量多/寡)。而研究團隊依據過去生物類群的演化歷程資訊，便能夠有效推測現今生物多樣性如何隨環境梯度而呈現不同分布狀態(例如：若適應高溫的類群相較於適應低溫的類群具有較多的物種數量，則生物多樣性會隨著溫度上升呈現正相關分布，如同Case 1假設範例；反之亦然，如同Case 3假設範例顯示負相關)。

以東海浮游細菌的物種多樣性作為真實案例資料，研究團隊發現：實際觀察與模型預測的多樣性數值，兩者之間呈現高度正相關 (圖二)。此結果表示：當我們對於不同細菌類群的演化歷程有所瞭解時(例如：類群各自的環境偏好，以及其在全球資料庫中所佔有的物種數量比例)，便能夠有效預測細菌群聚在不同環境樣本中的多樣性分布。此研究強調：當解讀現今觀察到的生物多樣性分布時，除了現今當地生態環境因素之外，也需要同時考量到生物的演化歷程，方能更瞭解生物群聚結構的特性，以及當環境大幅變動時可能造成的生物多樣性影響。

延伸閱讀

Hsiao-Pei Lu, Yi-Chun Yeh, Fuh-Kwo Shiah, Gwo-Ching Gong & Chih-hao Hsieh. Evolutionary constraints on species diversity in marine bacterioplankton communities. The ISME Journal, Online Published: 03 January 2019. https://www.nature.com/articles/s41396-018-0336-1

圖一、模型示意圖：說明(a)短期環境與(b)長期演化兩項因素如何影響現今所觀察到的物種多樣性分布 (取自發表論文Figure 1)。

圖二、針對東海的浮游細菌物種多樣性，實際觀察數值與模型預測數值呈現高度正相關 (取自發表論文Figure 3)。