黑面琵鷺基因組首次解碼 遺傳多樣性足 棲地保護才是正解 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

黑面琵鷺基因組首次解碼 遺傳多樣性足 棲地保護才是正解

2019年03月08日
環境資訊中心特約記者 廖靜蕙報導

節氣到了驚蟄之際,來台度冬的黑面琵鷺,累積足夠的能量、換上亮麗繁殖羽,準備離開蟄居一個冬季的棲地,往北飛回夏季繁殖棲地。就在此時,特生中心與台師大組成的研究團隊率先全球,正式宣布完成黑面琵鷺全基因定序,解開黑琵遺傳多樣性之謎。

在台灣度冬棲地累積足夠的能量、換上美麗的繁殖羽,黑面琵鷺即將返回夏棲地,完成繁衍後代的使命。攝影:郭東輝、特生中心提供
在台灣度冬棲地累積足夠的能量、換上美麗的繁殖羽,黑面琵鷺即將返回夏棲地,完成繁衍後代的使命。攝影:郭東輝、特生中心提供

農委會特有生物研究保育中心與台灣師範大學生命科學專業學院,7日聯合召開記者會,發布這項經過兩年合作整理分析、全球首度黑面琵鷺基因組完整定序訊息。結果顯示:歷經1990年代族群數瓶頸效應之後,全球積極保育行動,促使族群擴展、遺傳多樣性恢復豐度;而棲地多樣性、經營管理是未來發展的重點。

找出多遺傳多樣性現況  解答族群適應的潛能

世界自然保護聯盟(IUCN)瀕危物種紅皮書中,列為瀕危(CR)的黑面琵鷺,每年10月至隔年4月,約有6成的族群來台度冬,西南沿海淺灘濕地是其重要的度冬棲地,魚塭收成後的淺池,也常有黑琵造訪覓食的足跡;牠們是這些棲地的居民。

1990年代,全球黑琵族群數一度下降到300隻以下,讓全球保育組織意識到需協力保護這個物種。無論是繁殖棲地或度冬棲地所在地,經過多年來的努力,雖族群數大幅提升,直至去年全球黑琵普查,族群數仍不足4000隻。今年全球普查結果尚未公布,可喜的是,台灣度冬族群數比前一年多了500隻,直逼2600隻。


台灣是黑面琵鷺最重要的度冬棲地,完整的里海地景創造人與野生物和諧共處的畫面。高雄鳥會提供

不過,1990年代的瓶頸事件是否造成近親交配,導致黑面琵鷺喪失大量的遺傳變異?最新研究指出,「遺傳多樣性和族群數有相對關係,族群數越大越穩定,遺傳多樣性相對豐富多元,適應環境的能力就越強。」因此,研究團隊試著從黑琵的基因序列中尋找答案。

「瓶頸效應就好必一罐醬油,平底較寬,瓶口較小;一個族群數從數量較大的瓶底,例如從1萬隻到300隻,300隻明顯是瓶頸,由此說明族群大量的衰退。」特生中心高海拔試驗站主任姚正得表示,全基因組定序技術雖已發展成熟,仍須仰賴好的樣本,只是瀕危物種的研究材料取得相當不易。

特生中心野生動物急救站此時發揮了重要功能。2015年冬天在台灣南部救傷的雄性黑琵個體,依據當時檢查血液時所獲得高品質的DNA樣本,並針對10隻在2002年因肉毒桿菌中毒而傷亡的黑面琵鷺個體取得黑面琵鷺樣本,進行全基因組重定序。

即使如此,仍需針對龐大的訊息進行分析,研究團隊即花了兩年的時間進行基因組定序,從基因片段的總長看,約11.9億個鹼基對(組成基因最基本的分子)、完成基因組中約1萬2774個基因。姚正得說,從鳥類的共同基因來看,黑琵分析出的總數是相當完整,成為後續分析的基礎。

歷經1990年代瓶頸效應,黑面琵鷺隨著族群數量壯大,近親交配的影響逐漸緩解,遺傳多樣性與皇家琵鷺不相上下。攝影:郭東輝、特生中心提供
歷經1990年代瓶頸效應,黑面琵鷺隨著族群數量壯大,近親交配的影響逐漸緩解,遺傳多樣性與皇家琵鷺不相上下。攝影:郭東輝、特生中心提供

近親皇家琵鷺提供比較資訊 遺傳差異度不大

完成定序後,如何得知其遺傳多樣性?李壽先說,棲地位於澳洲、紐西蘭、新幾內亞的「皇家琵鷺」(P. regia),是黑琵的近親,而且族群數量大,約10萬隻,長久來處於穩定的狀態,是絕佳的比照對象。

基因組的變異程度可用來推估過去歷史的有效族群量;從相關研究如游隼、黑猩猩、紅毛猩猩、熊等所進行的推估,有效族群通常只占實際族群的1/10。

研究團隊從最後一次冰河期結束(約1萬8000年前),進行比較。姚正得解釋,冰河期造成大多數物種族群萎縮,冰河期結束後,每種物種族群發展則有差異,皇家琵鷺的族群數呈現微幅上揚,而黑面琵鷺則相反。透過推估,黑面琵鷺冰河期後族群數約有6萬隻左右,即使在瓶頸效應發生前,黑面琵鷺也應有1萬隻規模。

儘管族群數這幾年來有長足的進展,仍有必要了解遺傳多樣性是否足夠。基因多樣性是否具有未來發展的潛能,尤其黑琵近代曾落入族群瓶頸,更須了解是否因近親交配窄化基因多樣性。

透過近親交配的因子長度比對,黑面琵鷺呈現的情況雖較皇家琵鷺顯著,瓶頸效應確實對黑琵造成影響,但是近親交配的程度,也隨著族群數量的回升逐漸緩解。姚正得解釋,在一個很緊迫的時間造成的近親交配,會隨著族群數增加而降低影響。

研究團隊進一步與皇琵進行遺傳多樣性比較,結果顯示旗鼓相當;表示瓶頸效應對黑琵遺傳多樣性的影響相當有限。

姚正得對此總結說,從冰河時期結束,黑琵的族群數量就不斷下降,加上戰爭、化學藥劑的使用等人為因素,更加劇瓶頸效應,短暫的瓶頸效應曾導致黑面琵鷺近親交配,但也隨著這30年的努力,族群上升,近親交配的影響逐漸緩解中。

特生中心提供。
特生中心提供。

棲地保護及復育  黑琵最佳禮物

這個訊息顯示,30年來保育的方向,讓族群數壯大是正確的發展;瓶頸效應並未造成遺傳基因丟失的現象。研究團隊認為黑面琵鷺仍具有環境適應的潛能;另一方面,台灣要恢復黑琵族群數到瓶頸效應之前,仍有一段努力空間,而關鍵就是度冬棲地保育上,須善盡保育的責任,避免族群劇烈的下降。

儘管今年全球黑面琵鷺普查尚未公布,但台灣普查數據已經出爐[註]。過去一想到黑面琵鷺就連結到曾文溪口、四草等棲地,如今已被布袋鹽田濕地取代,尤其四草的數量明顯下降;另外,無論七股或布袋鹽田,都因光電開發用地甚窘,未來是否能安然棲息仍充滿變數。

黑琵來台度冬族群數量再添500隻,一則以喜,但棲地環境沒有準備好,卻令人憂心。高屏溪口雖然有十幾隻黑面琵鷺穩定的族群,近日引發度冬水鳥集體暴斃,顯示棲息環境品質惡劣。

姚正得認為,黑面琵鷺會自己找棲地,增加棲地多樣性和範圍有助於族群健康。此外,對於既有的保護區、國家公園、國家重要濕地等,透過經營管理,增加黑面琵鷺的負載量,是黑琵保育契機。

這項研究凸顯了,維繫生物多樣性的關鍵,從基因多樣性到物種多樣性,最後端賴多樣性的棲息環境。特生中心主任楊嘉棟說,黑面琵鷺是全球關注的物種,超過一半的族群每年選擇到台灣度冬,牠的基因組定序台灣當仁不讓。這份認知與使命,促使台灣拔得頭籌,為全球瀕絕物種指引保育方向。

黑面琵鷺近五年來在台灣過冬的數量趨勢仍持續成長中,他邀請民眾共同支持棲地改善與維護,一起推動增加棲息環境,用積極的保育行動,善待這群冬天的居民。

左起:師大生科系研究員葉佳芬、特生中心姚正得、楊嘉棟。特生中心提供
左起:師大生科系研究員葉佳芬、特生中心姚正得、楊嘉棟。特生中心提供

[註]此處普查數據出於台灣黑面琵鷺保育學會。

簡報檔:黑面琵鷺完成基因組草圖

※ 本文與 行政院農業委員會 林務局  合作刊登

作者

廖靜蕙

環境記者/自由撰稿人,致力於生物多樣性主流化。從事社工10餘年,認知到再弱勢的人都可以為自己發言,決定轉投生態保育,為無法以人類語言發聲的生命與土地寫報導。現居台北市,有貓、有龜,以及一些過客。個人粉專「小麻通訊」。