文章專區

Take Home Message

• 為了適應新環境，生物必須克服當地逆境，並經過突變、遷移、遺傳漂變、天擇或人擇改變族群的基因型頻率，導致演化的發生。
• 基因體的核苷酸位點在個體間有多樣性，稱為單一核苷酸多樣性（SNP）。了解各品系的SNP 及性狀與SNP 之間的關聯，便有可能找出控制性狀的基因。
• 人擇留下高產量作物，卻降低了遺傳多樣性，還造成過度依賴單一品系等問題，因此需要以育種和各領域技術解決。

從撒哈拉沙漠到亞馬遜叢林、從熱帶雨林到溫帶針葉林、從臺灣的低海拔闊葉林到高海拔箭竹草原，自然環境具有非常高的多樣性，不同的環境也生存著適應當地的各種生物。但你有沒有想過，這些生物利用哪種機制生存於如此不同的環境中？這些不同的形態或生活史是怎麼產生的？為什麼自然環境的多樣性可以造就生物多樣性？我們可以如何應用這些生物多樣性呢？

逆境、性狀、適應

所謂逆境，泛指一切不利於生物生長、存活、生殖的因素。上段所述的三組對比環境，大略代表了水分含量、緯度、海拔這三種梯度的差異。為了生活在某個特定的環境，生物就必須去適應這個環境⸺簡單來說，生物需要克服當地的逆境，儘量降低逆境對它順利生長、存活、生殖的影響。

以北美的洛磯山脈為例，圖一左方的上下兩張照片為同一天在海拔高度差約500 公尺的兩地狀況：可以看到高海拔區仍有些許積雪和初春降雪，尚未進入生長季，而低海拔區卻是綠油油的一片，有些植物甚至已經開始開花了；對於低海拔地區的植物而言，較晚開花（晚花）是種優勢，因為可以充分生長、累積養分後產生許多種子。如圖一右方所示，相較於坡度較平緩的低海拔溪邊，高海拔的植物僅能依靠融化的雪水或降雨，水分供給相對較不穩定也不持久。因此，高海拔地區的溫度（較晚結束與較早開始的雪季）和水分供給問題，便會造成物種適合生長的期間較短。就算是同一種草本植物，我們也可以觀察到它的高海拔族群在生長季開始後較快開花結果（早花），但也因為早花個體沒辦法在開花前累積足夠的養分、植株比較小，最後的果實和種子數量也比低海拔的晚花個體來得少，這是為了在逆境下生存與繁殖所做出的取捨。

雖然有些人覺得演化是「汰弱留強」，但在上面的例子中，孰弱孰強？在自然界，不同的環境會產生不同的選擇（或稱選汰）壓力與方向，使環境偏好不同外形的個體，這也是為什麼科學家常說演化並沒有固定的方向。農作物也一樣：在人類的選擇與高強度管理的環境下，能夠產出皮薄、汁多、果實甜度高的作物品系會有強烈優勢（人們會確保這些品系得以延續），但它們在野外環境下可能對病原或害蟲的抗性較低而難以生存。

環境適應的遺傳起源

不過，上述的適應與性狀差異是怎麼產生的？適應有多種面相，比如動物懂得「趨吉避凶」，牠們會利用行為避免遭遇水分及養分逆境，或是躲避掠食者等。另一方面，同一個基因型在不同環境下可能會發育出不同的樣貌（稱為表型可塑性），比如植物在遇到乾旱後可能會加速開花結果，使它至少能在乾死前產生下一代。……【更多內容請閱讀科學月刊第638期】