台師大團隊費時十年研究有成 躍上PNAS期刊
面對氣候變遷，具備哪些條件的物種，較能挺過環境劇烈變動的衝擊？由台師大教授李壽先率領的跨國研究團隊，針對廣佈於台灣及亞洲大陸不同海拔的鳥類「粉紅鸚嘴」（Sinosuthora webbiana bulomacha），進行全基因組變異分析，及兩地粉紅鸚嘴遺傳變異的比較，發現原來早在遠古時期的共同祖先，就將適應不同海拔環境的能力寫入基因中！
這項研究說明了基因多樣性越高，越有機會讓物種適應逆境。研究成果近日刊登於《美國國家科學院院刊》（PNAS）。
帶著環境適應遺傳變異 各分東西
粉紅鸚嘴是台灣特有亞種，體長約10～12公分，從海邊一直到海拔約3100公尺的松雪樓，都有機會看到牠小小的身影。跨國研究團隊首先對一隻粉紅鸚嘴雄鳥，進行完整的遺傳密碼（基因組）解碼。
接著針對分佈在台灣中央山脈兩側，不同海拔間的四個樣點，各採取十個樣本，總共40隻粉紅鸚嘴，對其基因組的遺傳變異進行分析，並發現基因組內有29個與高低海拔環境適應相關的區域。研究團隊也比較另外40隻來自廣西至吉林的粉紅鸚嘴基因組，在台灣發現的環境適應突變，約90%也可在亞洲大陸的粉紅鸚嘴族群中發現。
從基因組序列分析顯示，台灣和亞洲大陸上的粉紅鸚嘴是在10～15萬年前才分家。研究團隊因此推估：台灣與亞洲大陸上粉紅鸚嘴所共有的遺傳突變，應該是繼承自牠們最後一次分家前的共同祖先，而非近期才產生的新突變。
這項研究的結果，也有助於了解生物未來如何在暖化下，應對環境的變遷。研究論文指出，粉紅鸚嘴在台灣不同海拔的分佈，應是1萬8千年前最後一次冰河期結束後，隨著氣候不斷變暖，分佈範圍由低海拔不斷向高海拔擴張的結果；近代則因人類活動導致地球的升溫，造成生物的分佈範圍向高海拔移動。
基因多樣性 保留既有遺傳變異
「環肥燕瘦」除了代表不同時代的審美觀念，也隱含基因多樣性的道理。來自不同家族，各帶著不同的基因版本，具備的功能各異，當環境變化時，就能看出適應環境的本領。同理，鳥類身上各帶著不同的基因版本，基因版本越多樣，應變環境的機會就更大。
李壽先說，演化學上計算出，產生一個新的基因突變率約10-9；在機率固定，環境相對變化快速的條件下，生物幾乎等不到這種機會；此時，只能反求諸己，向既有、已經形成的遺傳變異（突變）尋找解答。
「我們的結論是既有的突變很重要。」李壽先指出，能將這些遺傳完整延續，維持族群數不墜是眉角。這項研究是首次對整個基因組內變異產生的相對時間進行評估，並用來判斷適應相關的突變，是本來就存在於族群內不同個體間的變異，或是新突變。
全基因組定序是把染色體上所有的基因解碼，從獲得的龐大訊息中，解答和適應有關的問題。「物種存續與否，和他們是否能適應不斷變化的環境息息相關。」李壽先解釋，保育一個物種，除了要維持、甚至增加它的數量外，更要避免或減緩這個物種丟失「遺傳多樣性」，這樣物種才能有足夠潛能，應對持續的環境變化。
這也解釋《生物多樣性公約》強調基因多樣性保全，就是希望讓好的基因不要消失。
外來種難題 多次進入、越容易入侵成功
這項研究也對外來種入侵的防治提供新思維：並不是所有的外來種都會構成入侵的事實，有些外來種入侵成功，關鍵就是異地適應的能力。過去研究發現，多次管道進入的外來種，較易造成入侵的事實。李壽先說，多次進入，意味著不斷補充遺傳多樣性，遺傳多樣性越來越高，適應性也越來越好。
這項訊息提供了外來種管制上，應避免大量進口外來種，以及在持有上避免外來種逃逸；進口越多、從越多不同地點進入，都會提供入侵成功的機會。他舉19世紀末年開始入侵佛羅里達州的沙氏變色蜥為例，隨著從起初分佈侷限到往外擴散，採集的樣本遺傳多樣也越來越高。
小小粉紅鸚嘴 適應環境有一套
提到為何選擇粉紅鸚嘴作為研究對象？李壽先說明，首先，廣泛分佈的特性，代表環境適應力強。其次，從過去的行為研究，無論台灣或韓國，都顯示這種鳥的移動能力不強。這個特性代表和環境的關係較密切、連結度高。
何謂移動力不強呢？他舉幾項研究資料為例，1983年前後，前中研院研究員劉小如在東海大學校園執行研究計畫，為這些鳥類做了繫放、上腳環監測；依據監測數據推斷，這種鳥類終生活動範圍不超過兩公里。近期東華大學教授許育誠研究團隊，在太魯閣國家公園範圍內進行長達十年的鳥類繫放，其中記錄到的粉紅鸚嘴活動範圍也是如此。
此外，粉紅鸚嘴在東亞大陸也廣泛分布，因此能有比較對象。「若只看台灣的個體，只能知道和環境適應有關的遺傳基礎，但這個遺傳基礎到底是新的或舊的，就無從比對。」李壽先說，而選擇粉紅鸚嘴為研究對象，最關鍵的因素就在於劉小如1980年代對粉紅鸚嘴的行為研究，打下這次研究的基礎。
以基因組序列 解答野外的問題
研究團隊陣容龐大，由李壽先帶領碩士班研究生賴郁婷，以及國內外包括國家衛生研究院、東華大學、特生中心、中研院、美國馬利蘭大學、北京師範大學及海南師範大學等單位研究人員所組成。
這項研究約花了五、六年，若再加上中國方面的資料收集，將近十年。原因是材料收集需要時間。例如許育誠團隊在合歡山上的定點研究，每個月一次的調查，幾年下來只能在高拔地區捕捉十幾隻粉紅鸚嘴。類似的樣點，台灣和中國各有四個點，每個點都取得十個樣本。
此外，基因組定序是新技術，必須從頭開始學習，直到研究完成、撰寫成論文、投稿，又是一兩年時間。
有別於基因解碼是穿白袍在實驗室作業的刻板印象，這項研究是從野外連結到實驗室，「我們終究要回答的是野外的問題，只是我們使用的方法是基因組序列。」李壽先為此註腳。
目前科學進展已能達到遺傳基因解碼，但台灣運用這項技術做的研究非常少。他認為，遺傳多樣性的研究在台灣很缺乏，不只鳥類，而是普遍的野生物都缺。尤其，因氣候暖化而面臨棲地不斷縮減的高海拔生物，能否具備足夠的適應力，更需透過這類研究盤點。
參考資料
※ 本文與 行政院農業委員會 林務局 
合作刊登
