分子技術vs狀況證據:哪個更能識破外來植物?

分辨一種植物是不是外來種,對於該種植物的保育策略的擬定上,常是很重要的基本資料。不過在分辨一種植物究竟是原生種還是外來種的方法上,過去通常依賴的是許多狀況證據,例如該種植物的天然分布、生育環境、美觀程度等,簡單來說就是要盡量的找出該種植物進入台灣的過程中,有無「人為」活動介入的可能性。由於外來種的定義,指的是人為活動有意或無意引進的種類,而非藉由天然力量 (如風、潮汐、動物攜入等),所以在鑑定外來種的關鍵,往往在於判斷人為介入的可能性。
這個過程對於原產於遠方、具有姣好外型的植物而言,相對容易判斷。例如原產於中南美州的王爺葵 (Tithonia diversifolia),即是相當典型的案例。但是對於一些天然分布於鄰近地區、外型相對低調的植物而言,在判斷上就相對上困難許多。例如薑科的蘘荷 (Zingiber mioga),這是一種分布於中國、日本的薑屬植物,目前在臺灣的少數地區可見野生族群,然而這些野生族群的狀況很難判斷是原生或是人為引入。也因此,就萌生了利用分子技術協助判斷的想法,不過在這個議題上,或許看似萬能的分子分析,也有有志難伸的一幕。

原產於中南美洲的王爺葵,是臺灣野地裡相當常見的外來種。

分子技術可以解決這個問題嗎?

在了解分子技術在這個議題的應用上之前,讓我們先了解一下分子分析的大原則。無論是什麼分子技術,依賴的都是樣本之間的遺傳差異,藉由這些遺傳差異與其他資料的統合分析,來探討各式各樣的議題。也因此,直觀的想,如果我們可以判斷疑似引進的族群所帶有的遺傳差異,是由人為造成,那麼問題不就解決了嗎?

技術上的限制

然而遺憾的是,這類人為造成的遺傳差異,或許在農作物這類高度馴化的植物中相當常見,但是在這類需要判斷的潛在外來種間其實極難發現。因為這些種類通常引進的時間很短,且沒有沒有歷經人為選汰的過程,所以沒有辦法偵測到這類人為造成的遺傳差異。雖然直接分析這些樣本還是可以得到遺傳差異的資料,但是這類差異往往只是來自於個體原先的差異,對於這個議題並不具應用性。

另一個切入點或許在於判斷這些遺傳差異的間接證據,例如把潛在外來種族群的基因組與原產地的野生族群相比較,如果前者的遺傳多樣性較低,可能有較高的機率顯示這個族群是潛在的外來種,因為人為引進的族群通常會歷經瓶頸效應 (bottleneck effect) 或先驅者效應 (founder effect),所以會造成遺傳多樣性下降。然而這樣的現象,在天然的植物中也相當常見,所以只能做為間接的佐證。另一方面,遺傳差異也可以用來定年,得知該族群引進的時間,由於可以預期人為引進的時間多集中於近期 (數年至數百年間),所以如果某個族群的播遷時間在這段時間內,那麼或許也可以佐證它是外來種。又或是與相近的類群比較,其播遷時間是否呈現明顯不自然的狀況,例如某個物種A的播遷時間在1000年,然而與其相近的原生物種B,播遷的時間在於20000年,那麼A這個時間就顯得相當不自然,或許就源自於人為的影響。然而,無論哪種分析,都需要極其廣泛的採樣,並且盡可能收集該種天然分布的各個族群,才能提供精確的分析結果。然而,即使技術上可以達成上述分析,不過成果或許還是僅能作為佐證。除此之外,上述的採樣與分析,還牽涉到另一個層面,也就是成本。

成本上的限制

分析成本的高昂也是造成這類議題難以使用分子分析解決的原因之一。那麼這類分析的成本有多大呢?由於採樣的範圍牽涉到潛在的外來族群以及野外族群,所以在跨國的採集成本上就相當驚人,加上大量的樣本在實驗、定序、以及分析上的人力物力等成本,取得的成果卻只能作為間接證據來使用,單就這個議題來說,這樣的投入與產出相當的不對等,也不一定能解決問題。

回到原點?

難道這個議題又要回到原點了嗎?說來還真的是這樣,因為過去依賴的狀況證據,相較於分子證據,往往更能提供協助判斷的證據。所以在這題上,可以說與其鑽研分子技術,不如回頭檢視狀況證據。傳統的狀況證據雖然不完美,但在某些情況下比分子技術更有效。因此,應強化這些證據的蒐集和分析,包括植物的天然分布、生育環境、以及外觀特徵等。或許在完整的檢視了這些狀況證據後,能從中發現可由分子證據解決的環節,那麼就可以針對這個問題提出假說,並已知設計相關試驗分析,應該可以更精確的解決問題,也能更節省相關成本

除此之外,前面也提到,這類議題的採樣往往牽涉到國內與國外兩個方面,而且因為分析的需要,往往需要有族群尺度的採樣,這樣的採樣方式,往往可以用來作為族群遺傳研究的分析使用。也因此,要探討這類議題,如果可以全面性的檢視這個種類是否有其他更大的議題,或許作為該議題下的子議題,比直接將之作為主要議題,會有更好的效果。