Biodiversity within a community

歡迎來到群落生物多樣性！(3.1.11)

你好！本章節將帶領大家從生命的基礎構件（分子與細胞）轉向探討地球上多姿多彩的生命。生物多樣性（Biodiversity）可以說是生態學中最核心的概念，因為它直接衡量了一個生態系統的健康與穩定程度。

你將會學習到科學家如何精確地測量這種多樣性——包括物種間可見的差異，以及隱藏在 DNA 中不可見的差異。如果看到計算公式覺得有點緊張，別擔心！我們會一步一步為你拆解！

3.1.11.1 遺傳多樣性：基因藍圖的多樣性

遺傳多樣性是指物種內或不同物種間存在的基因（等位基因）多樣性。這種多樣性對於演化與生存至關重要，因為它賦予了種群靈活性，以適應不斷變化的環境。

測量遺傳多樣性

為了確定生物之間的親緣關係，或了解種群內存在多少變異，科學家會比較它們的基本生物學成分。這些成分越相似，科學家就認為這些生物之間的親緣關係越近。

比較方法：

• DNA 或 mRNA 的鹼基序列：
  

  這是最直接的方法。透過對 DNA 片段（或從中轉錄出的 mRNA）進行測序，科學家可以直接統計 A、T、C 和 G 鹼基排序上的相似處與差異。DNA 序列極為相似的生物，在演化時間上通常分化得較晚。

• 種群中特定鹼基序列或等位基因的頻率：
  

  與其對整個基因組進行測序，我們有時會觀察特定基因版本（等位基因，allele）在一個種群中相較於另一個種群出現的頻率。頻率上的顯著差異暗示了基因交流較少，或者在演化上分離的時間較久。

• 編碼蛋白質的氨基酸序列：
  

  由於 DNA 編碼蛋白質，DNA 鹼基序列的差異通常會導致最終蛋白質結構（氨基酸序列）的差異。透過比較不同物種中特定常見蛋白質（如血紅素或細胞色素 c）的氨基酸序列，我們可以確定它們的親緣關係。

3.1.11.2 物種多樣性：可見的多樣性

物種多樣性關注的是生活在同一地點（即一個群落，community）中不同物種的範圍。

1. 物種豐富度 (Species Richness)

最簡單的衡量指標是物種豐富度。

物種豐富度是指一個群落中不同物種的數量。

例子： 如果你調查一片森林，發現了 20 種植物和 15 種昆蟲，那麼物種豐富度就是 35。

物種豐富度的侷限性：

物種豐富度雖然容易測量，但它無法反映全貌，因為它忽略了每個物種的個體數量。

• 想像有兩個田地：
• 田地 A：有 5 個物種，其中 98% 的個體屬於同一個物種。
• 田地 B：有 5 個物種，每個物種各佔 20% 的個體。

兩個田地的豐富度相同（皆為 5），但顯然田地 B 更加多樣且穩定，因為沒有單一物種佔據統治地位。這就是為什麼我們需要多樣性指數。

2. 多樣性指數 (Index of Diversity, \(d\))

多樣性指數是用來描述不同物種數量與各物種個體數量之間關係的衡量指標。

較高的指數值（\(d\)）代表群落更健康、更多樣。

多樣性指數公式

你必須記住這個公式，並能準確運用於計算中：

\(d = \frac{N(N-1)}{\sum n(n-1)}\)

其中：

• \(N\) = 群落中所有物種的個體總數。
• \(n\) = 每一個物種的個體總數。
• \(\sum\) (Sigma) = 總和（意指你必須計算每一個物種的 \(n(n-1)\)，然後將這些數值加總）。

分步計算指南（別慌！）

只要系統性地按照步驟操作，這個計算其實非常簡單。

1. 列出數據： 為每個物種記錄其 \(n\)（個體數量）。
2. 計算 \(n(n-1)\)： 對*每一個物種*，將個體數量乘以（個體數量減 1）。
3. 計算 \(\sum n(n-1)\)： 將步驟 2 計算出的所有 \(n(n-1)\) 值加總。這就是公式的分母。
4. 計算 \(N\)： 將所有物種的個體總數加起來，這就是總數 \(N\)。
5. 計算 \(N(N-1)\)： 利用總數 \(N\) 計算公式的分子。
6. 相除： 用分子（步驟 5）除以分母（步驟 3），即可得到 \(d\)。

人類活動、生物多樣性下降與保育

人類活動往往會降低生物多樣性，主要是透過減少物種豐富度（滅絕）以及降低遺傳多樣性（選擇性育種或棲息地破壞）。

人類如何降低生物多樣性：

• 棲息地破壞： 為農業或城市發展清理森林會剷除整個生物群落。
• 單一作物耕作 (Monoculture)： 集約化農業經常在大面積土地上只種植一兩種作物（例如小麥田）。這會急劇降低該地區的物種豐富度，因為其他動植物很難在其中生存。
• 污染： 來自肥料或農藥的徑流可能會殺死非目標物種，或改變環境，使其變得不適合許多生物生存。

平衡點：糧食生產與保育

人類對大量廉價糧食的需求（通常需要高強度的低多樣性耕作技術）與保育在倫理及生態上的必要性之間，存在持續的衝突。

保育 (Conservation) 涉及保護棲息地及管理物種種群，以維持最高限度的生物多樣性。

你知道嗎？ 雖然培育高產作物與家畜有助於糧食安全，但這是依賴選擇特定的等位基因，這實際上降低了這些物種內的遺傳多樣性，使它們在面對新疾病時可能更加脆弱。