胎苗漂啊漂 基因流啊流 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

胎苗漂啊漂 基因流啊流

2007年12月23日
作者:黃生(「基因生萬物」主編)、廖培鈞(國立台灣師範大學生命科學系博士班)

紅樹林的水上和水下部分。圖片來源:Wikipedia植物雖然不像動物一樣會動,但也可以藉由花粉或種子的散播,達到與動物遷徙相同的目的;這種讓基因得以到外界闖蕩江湖,這就叫做基因交流(gene flow)。

因為葉綠體DNA是母系遺傳的特性,所以花粉的散播(只攜帶父系的遺傳物質)不會表現在葉綠體DNA上。因此,葉綠體DNA成為追蹤紅樹林胎生苗傳播的一個有效標幟物。又由於葉綠體DNA是單系的遺傳物質,不像核DNA一樣會有重組(recombination)的問題,因此常常被用做研究族群遺傳學或親緣地理學的工具。藉由研究各族群的葉綠體DNA基因型分布的頻率,便可推測族群之間的分化程度,以及推算種子散播所貢獻的基因交流的方向。

紅樹林的基因交流 

紅樹林植物是一類很特殊的植物,生活在淡、鹹水交會的河口。根據Tomlinson在1986年的統計,全世界的「真紅樹」約有5科9屬34種,所謂「真紅樹」,必須有胎生現象、特殊的呼吸根,並且能夠適應淡、鹹水交會的環境。至於到底有多少種類,則因為分類學家的觀點不同,而或多或少有所差異。

真紅樹的花朵在授粉過後,胚胎直接在母株上發育,接受來自母親的養分,就和胎生現象一樣,稱為胎生苗。當胎生苗成熟之後,便脫離母體,有些筆直地插在河口的泥地上,生根、發芽,維持當地的族群;有些則隨著潮水漂呀漂,順著洋流或沿岸流漂到合適的地方,建立新族群。由此可知,紅樹林植物的散播與海流有著密不可分的關係。

紅樹林的分布。圖片來源:基因生萬物

地理隔離—海洋

阻撓紅樹林基因交流的障礙也很多,主要是長距離的海洋隔離以及陸地的阻隔。海洋會造成基因交流的隔離,主要是因為種子(胎生苗)長時間浸泡在海水中會導致生理上的損傷、甚至死亡。經過19世紀的實驗證明,在比較符合自然的情況下,98種種子中,只有18種在漂浮了六週後還能發芽。當然了,19世紀的這些實驗雖然不是很嚴謹,但也呈現出漂洋過海尋覓新大陸的困難。那麼靠著海水散播的紅樹林植物又是怎麼一回事呢?到了20世紀末及21世紀初,生物學的實驗更嚴謹了。克拉克(P. J. Clark)與他的同事們針對14種紅樹林植物做了類似的研究;在他們的實驗中發現,紅樹林植物要藉由洋流進行長距離的散布,困難度是很高的。

地理隔離—陸地

另一個障礙是陸地。陸地的阻隔和地理的歷史事件有關:冰河期的時候,海平面下降,原本是淺海的地方便有機會露出海平面成為陸地,阻隔海水;在間冰期的時候,海面再度上升,淹沒地勢較低的地方,有些海洋便有機會再度交流。近50萬年來,海平面最低的時候,大約在現今海面以下140公尺處,這時候的台灣與大陸相連、馬來半島也與婆羅洲合併在一起,整個東南亞的淺海都露出了海面,形成一塊大陸,稱之為巽他大陸(Sundaland),這塊大陸將北太平洋與印度洋完全隔開了。

而當海平面最高的時候,約位於現在海拔20公尺處,若目前的海平面再上升20公尺,那麼東南亞大多數人口密集的海岸都會在海面下,包括台灣的嘉南平原、泰國曼谷等地,巽他大陸也消失至剩下窄窄的馬來半島;但若海平面繼續上升50公尺以上,馬來半島將會出現漏洞,南中國海及安達曼灣的紅樹林胎生苗將有機會藉由海水互相交流,不過根據已知的地質紀錄,這種情形還不曾發生過。

東南亞的海岸線:綠色部分是現在的綠地;灰色是海平面上升20公尺時的陸地;紅色虛線所圍起來的部份,便是海平面下降120公尺時露出水面的巽他大陸。圖片來源:基因生萬物

人類促成紅樹林的基因交流

影響紅樹林的基因交流的因素不只限於自然因素,人類的活動也是很重要的因子。以往紅樹林被不肖商人大量砍伐,圍土牆、築魚塭,開始養蝦養蟹養魚,紅樹林的面積漸漸地減少。

但近年來人類對大自然的保育觀念漸漸提昇,開始保護紅樹林生態系,在棲地的維護之外,開始設法拯救早期被大量砍伐的紅樹林植物。於是便如火如荼地種植、栽培各種不同的紅樹林植物,將生根發芽的幼苗以大貨車一車一車運送到各個河口,大量種植,以「復育」紅樹林。不經幾年,小苗長成大樹,產生新的胎苗,成熟落地又隨著沿岸流漂到附近的野生族群,加快了基因交流的速度,這樣的「復育」計劃,使得紅樹林的基因不需靠海水的力量就可長距離散播,哪兒的道路愈發達,基因交流就愈順暢。

但是這樣人為的基因交流不見得是件好事。外來的基因太多,表面上看起來是增加了該族群的基因多樣性,但外來基因很有可能會稀釋掉當地故有的基因、甚至失去它,若這個故有基因是很特別的,那麼損失就大了!因不經周延考慮的人為隨意栽植,而導致基因的混亂,我們稱之為基因混雜(gene mixing)。

基因混雜的結果反而可能使整個物種的遺傳多樣性降低;因此在復育紅樹林時,大量栽植紅樹林植物可能是不對的,而是應該好好維護它們生長的環境,盡量避免棲地遭受破壞,紅樹林就能自然更新,恢復原來的面貌。就如同那句名言“Life will find a way"一樣,紅樹林自然會找到一條屬於它自己的路。

 在没有人為干擾的環境下,紅樹林的小苗就可以自然的更新。圖片來源:基因生萬物               在没有人為干擾的環境下,紅樹林的小苗就可以自然的更新。圖片來源:基因生萬物               在没有人為干擾的環境下,紅樹林的小苗就可以自然的更新。圖片來源:基因生萬物

◎本文節錄自《基因生萬物》 ,不適用網站CC授權,如需轉載請洽林務局

◎本文與農委會林務局合作刊登