全球植物大調查：怎樣的多樣性才夠

自從地球上出現了人類以後，地球就開始發生變化。從點到線，到現在每個角落都有人，在近代數百年間，地球可說是搭上了越來越快的火車。

火車的終點站在哪裡呢？隨著氣候暖化的加劇，許多人對地球的未來感到悲觀；但是，也有人認為，亡羊補牢，時猶未晚。他們想要努力去救地球上的眾生，畢竟，是我們把地球弄壞的，我們當然有責任幫助這些因為我們而受災的生物。

但是，哪些地方比較重要呢？為了要找出重要的區域，研究團隊分析了全球1,781,836 個植被樣區的資料，比較各區域的「功能多樣性」和「系統發育多樣性」。

什麼是「功能多樣性」呢？功能多樣性（Functional Diversity, FD）的基本定義是生態系統中生物體的功能特徵（functional traits）的多樣程度。這些功能特徵直接影響生物體的生態表現和生態系統功能。

想像一個工具箱裡有剪刀（用來剪)、有螺絲起子（用來轉螺絲）、有鎚子（用來敲打）、有扳手（用來轉螺帽），這四個不同的工具有不同的功能可以做不同的事，我們就說這個工具箱有功能多樣性。

而植物在生態系統中，有的植物長得高（可以捕捉更多陽光）、有的植物根很深（可以吸收深層水分)、有的植物葉子大（可以進行更多光合作用）、有的植物種子小（可以傳播得更遠），這麼多植物組成一個森林時，我們就說這個森林有功能多樣性。

植物的功能多樣性。圖片作者：ChatGPT

至於「系統發育多樣性」（Phylogenetic Diversity, PD），則是衡量群落中物種之間演化關係的多樣程度。科學家基於系統發育樹（phylogenetic tree）進行計算，依據物種間的親緣關係遠近與物種間共同祖先的時間距離，來得出一個地區的系統發育多樣性。

系統發育多樣性為我們提供了理解生物多樣性的重要視角，它不僅反映當前的物種組成，還包含了物種間的演化關係。簡單來說，系統發育多樣性就像我們畫出一個團體的成員的關係圖，有些是親兄弟（關係很近）、有些是遠房表親（關係較遠）、甚至有些可能要追溯到好多代之前才有共同祖先。系統發育多樣性就像是衡量這個家族中成員關係的遠近程度。

想像兩個不同的花園。花園A種了5種不同的玫瑰，所以花園A的物種多樣性=5。但是，因為都是玫瑰，所以花園A的功能多樣性低（差不多的植物）、系統發育多樣性也低（因為都是近親）。

而花園B種了3種植物：玫瑰、松樹、蕨類。所以花園B的物種多樣性=3，而且因為有不同生長形式的植物且這些植物的演化關係遙遠，所以花園B功能多樣性與系統發育多樣性都高。

所以「功能多樣性」關注的是這些生物能做什麼不同的事，而「系統發育多樣性」則是關注這些生物的親戚關係有多遠。

讀者可能會覺得功能多樣性比較重要。但其實這兩種多樣性都很重要，因為功能多樣性能讓生態系統做更多不同的事，而系統發育多樣性能保持更多的演化歷史和適應潛力​​​​​​​​​​​​​​​​。

相對的，過去大家常談的「物種多樣性」，因為只是數人頭（僅考慮物種的數量和豐度），且把所有物種都視為同等重要，不考慮功能與演化，所以從生態保育的角度來看，反而只提供了比較表面的資料。

所以，彙整分析的結果如何？

先說大的結論。他們發現，功能多樣性和系統發育多樣性呈現弱負相關,表明兩者多半是解耦的。全球有53.03%的樣區顯示較高的功能多樣性，15.6%的樣區顯示較高的系統發育多樣性，31.38%的樣區功能與系統發育多樣性呈耦合關係。

另外，功能多樣性主要受近期氣候條件和末次冰期後氣候變化的影響，而系統發育多樣性在森林生態系統中較高，年雨量對系統發育多樣性有顯著影響。

另外，研究團隊發現了幾個特別值得注意的區域。

首先，美國西部地區以及歐洲部分地區，這些地區的植物有較多不同的功能特徵，屬於功能多樣性較高的區域。

其次，斯堪地那維亞半島北極圈附近、西伯利亞、紐西蘭以及日本，這些地區的植物有較豐富的演化歷史，也就是說，這些地方的系統發育多樣性較高。

然後，他們發現在美國東部、中歐、紐西蘭和日本的部分地區是生物多樣性的重要熱點。在這些地方，不論是功能多樣性或是系統發育多樣性都比較高。

另外，研究團隊發現，因為森林生態系統通常有較高的系統發育多樣性，所以特別需要關注。

那麼，該先關心哪些地方呢？研究團隊建議，應該要優先保護（1）功能和系統發育多樣性都高的區域；與（2）具有獨特演化歷史的生態系統。另外，有關鍵功能群的棲地也是非常需要保護的。

這個研究提醒我們，植物群落功能和演化特徵的關係，其實相當複雜。即使是近親物種，也可能具有不同的功能特徵。單只是保護生物多樣性，其實並不夠，還要同時考慮功能和系統發育兩個面向，這樣對於理解植物群落如何應對氣候變遷等挑戰，才能更有幫助。

最後，研究團隊提出一個需要注意的點：

研究數據在全球的分布並不均勻。熱帶地區的數據相對較少，有些區域，如大部分非洲地區、南美洲的大部分區域（尤其是亞馬遜雨林）、中亞地區、東南亞許多地區、北極和南極地區，以及沙漠、高山、偏遠島嶼與政治衝突區域，甚至完全沒有資料。

為什麼這些區域缺乏資料？可能是因為地形複雜、交通不便難以到達；氣候條件極端造成人類不易停留；另外政治不穩定造成研究資源缺乏且基礎設施不足，甚至有安全考量使研究人員無法前往。

缺少資料，會有什麼影響呢？首先，科學家們因為資料的空缺，便無法完整評估全球生物多樣性，甚至可能忽略重要的生態熱點。這麼一來，就限制了研究結果的普適性，也會影響保育決策的制定。

所以，未來要加強對空缺區域的研究，包括因地制宜發展適合當地的研究方法、提供必要的研究資源，甚至可以考慮建立國際合作機制等等。

這些資料空缺提醒我們在解讀研究結果時需要謹慎，也指出了未來研究的重要方向。​​​​​​​​​​​​​​​​

參考文獻：

Hähn, G. J. A., Damasceno, G., Alvarez-Davila, E., Aubin, I., Bauters, M., Bergmeier, E., Biurrun, I., Bjorkman, A. D., Bonari, G., Botta-Dukát, Z., ... & Bruelheide, H. (2024). Global decoupling of functional and phylogenetic diversity in plant communities. Nature Ecology & Evolution. https://doi.org/10.1038/s41559-024-02589-0