【生態環境】氣候變遷對基因多樣性衝擊深

地球上物種的隱藏變異很可能將日漸減少,這對致力保護自然環境的人而言將是一大挑戰。

石蠅(Arcynopteryx compacta)這種生物需要低溫水域,且翅膀短小,因此無法逃離日漸暖化的原棲地。

編譯 ∣ 汪芃

最近科學家指出,氣候變遷不只會危害地球上的各個物種,更會損及各生物藏有的基因多樣性(genetic diversity,另譯「遺傳多樣性」)。這份研究成果出爐,代表未來若想評估氣候變遷對生物多樣性(biodiversity)造成的衝擊,考量層面將更為複雜,保育人士維護生物多樣性的任務也會更加繁重。

研究團隊分析數個物種的DNA(去氧核糖核酸)後發現,分類學家所定義的傳統物種其實含有很大的「隱藏多樣性」(cryptic diversity),例如物種各有其不同的譜系,甚至同一物種中也存在不同的子物種。這項研究的共同主持人之一是保育生物學家諾瓦克(Carsten Nowak),他任職於德國蓋爾恩豪森(Gelnhausen)的森肯堡研究中心暨自然史博物館(Senckenberg Research Institutes and Natural History Museum),在這項計畫中,他和研究同仁試圖了解上述這種多樣性是否會受全球暖化衝擊。這份研究成果已發表在《自然─氣候變遷》(Nature Climate Change)期刊中。

在這份研究中,研究團隊觀察了數種棲息在歐洲中部山溪的水生昆蟲,包含七種石蠶蛾、一種蜉蝣及一種石蠅。選擇這些品種作為觀測對象,是因為牠們特別容易受到氣候暖化的衝擊──這些昆蟲須在低溫的水域生活,而且較無法大範圍移動。

諾瓦克的研究團隊為了測得這些品種的基因多樣性,便將其粒線體(mitochondria,即細胞中能產生能量的胞器,擁有自己的基因體)的基因分別定序。有了這些資料,研究主持人得以將各品種再細分為數個「具演化意義的單位」(ESUs,即evolutionary significant units,另譯「演化顯著單位」或「演化顯著單元」,指的是某物種中基因與其他同類相異的群體)。

研究人員根據每個具演化意義單位在歐洲的棲地位置,運用跨政府氣候變遷委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change)訂出的兩種模型,分析這些昆蟲面對暖化的耐受能力,以及牠們遷徙到較低溫地區的行動力。

韌性漸失

 

分析結果顯示,若依據跨政府氣候變遷委員會的「維持現狀」氣候情境模型,到了2080年,這份研究所觀測的具演化意義單位裡有79%會全數滅絕;如果依據「減少溫室氣體排放量」的氣候情境模型,絕種的具演化意義單位則會減少到59%。具演化意義單位滅絕的速度遠比物種滅絕的速度高得多。

而一旦這種演化潛力喪失了,物種面對環境變遷的適應力也會隨之降低。諾瓦克表示:「這種基因多樣性,正是生物多樣性最根本的形式,本質上算是生物演化的基底。」

德國慕尼黑(Munich)動物學蒐藏研究中心(Bavarian State Collection of Zoology)的昆蟲學家波克(Michael Balke)指出,這份研究成果正顯示「在全球氣候變遷中,雖然某些傳統定義下的物種可能熬得過,但許多潛藏在自然生態中的其他多樣性卻可能受損。」

而目前有待進一步釐清的問題,則是如何用這個方法來研究其他遷徙及散布能力不同的物種。英國貝爾法斯特(Belfast)女皇大學(Queen's University)的分子遺傳學家卜羅文(Jim Provan)表示:「學界對於各物種的散布能力一直缺乏明確的定義,如果研究人員知道該如何把散布能力納入考量因素,將更能全面解釋氣候變遷對基因多樣性的衝擊。」

這份研究的另一位共同主持人是任職於德國法蘭克福(Frankfurt)生物多樣性暨氣候研究中心(Biodiversity and Climate Research Centre)的波爾斯(Steffen Pauls),他同意上述指標的重要性。他表示:「我們希望能進一步研發出這個方法,將遷徙能力、散布類型、氣溫適應能力等差異也納為考量指標。」

多樣性最岌岌可危的地區

 

諾瓦克說:「以歐洲而言,基因最多變的地區反而是最瀕臨危險的地區。」根據分析結果,在所研究的數種昆蟲中,基因多樣性受到最嚴重危害的地區將會是地中海地區,預計除了兩個具演化意義單位以外,其餘群體將全數滅絕,而地中海地區正是基因多樣性最豐富的地帶。

這種「基因多變性越高也就越脆弱」的現象,在其他的地中海物種身上也可發現,例如鹿角菜(Chondrus crispus)這種海草過去四十年間便不停往北方移動。歐洲的許多物種都是從前冰河時期時南遷到地中海一帶的,這代表越往南方,生物群體的歷史就越悠久,基因也越多樣,因此一旦這些群體滅絕了,物種未來適應全球暖化的能力也會隨之下降。

而結合遺傳學和生態學應該對保育工作有所幫助。波克說:「這份研究點出DNA定序十分有潛力,可望有效分析生物的隱藏多樣性,在保育工作的決策過程中能提供重要的參考依據。」

如今保育界越來越注重基因多樣性。生物多樣性公約(Convention on Biological Diversity)的執行秘書朱格拉夫(Ahmed Djoghlaf)表示:「我們在擬定氣候變遷因應策略的過程中了解到,遺傳學能幫助我們對氣候變遷如何影響物種有更全面的概念。」生物多樣性公約是一項聯合國發起的合約,簽署的各國政府須在國內制訂永續使用並維護生態多樣性的相關政策。

去年通過的名古屋議定書(Nagoya Protocol)則旨在管理全球基因資源所帶來的經濟優勢,並與開發中國家共享,而在這項協議中,將基因多樣性分門別類也成為一大重點。朱格拉夫表示:「現在各國政府為了要更瞭解如何取得基因資源使用的補助金,都開始投入更多資源來記錄境內物種的基因資料了。」

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參考文獻:

1. Bálint, M. et al. Nature Clim.

Changehttp://dx.doi.org/10.1038/nclimate1191 (2011).

2. Provan, J. & Maggs, C. A. Proc R. Soc.

Bhttp://dx.doi.org/10.1098/rspb.2011.0536 (2011).

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研究出處:http://www.nature.com/news/2011/110821/full/news.2011.490.html (Nature News)

責任編輯:Nita Hsu

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One thought on “【生態環境】氣候變遷對基因多樣性衝擊深

  • 2011 年 10 月 01 日 at 19:12:34
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    不好意思, 我不明白「基因多變性越高也就越脆弱」的意思, 請問有其他參考資料可閱讀嗎? 謝謝!

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