科大與浸大研究團隊聯手破解深海帽貝群體連通性

香港科技大學(科大)與香港浸會大學(浸大)的研究人員合作，首次破解一種廣泛分佈於西北太平洋深海熱泉(hydrothermal vent) 與冷泉區(hydrocarbon seep)的深海帽貝的種群歷史、遺傳結構，以及群體連通性。這項研究不僅有助我們了解深海生物在棲息地、地形，與洋流互相影響下的遷徙規律、分佈歷史，以及當代基因流，更可為保育海洋生物多樣性及制定環境管理策略提供重要科學依據。

20世紀70年代末至80年代初深海熱泉與冷泉區的相繼發現，極大地改變了人類對地球上生命進化過程的認知。與主要由光合作用驅動的陸地及淺海生態系統不同，深海熱泉與冷泉這種黑暗、高壓，並經常伴有高濃度有毒物質的生態環境則主要由化能合成作用驅動。它們廣泛分佈於地殼運動活躍區，並孕育了多樣生命，形成了宛若深海「荒漠」裡的「生命綠洲」。然而，隨著日趨深入的海洋考察及研究，科學家發現一些物種在深海熱泉與冷泉區均有分佈，而當中更是相距數百至數千公里。這些發現不禁引人深思：這些深海生物如何實現基因交流？不同生物群落之間是否存在遺傳差異？

為了深入探討這些科學問題，科大海洋科學系講座教授暨系主任錢培元與浸大生物系教授邱建文率領本港團隊，並連同中國海洋大學及日本國立研究開發法人海洋研究開發機構的海洋生物學家，運用群體遺傳學分析與物理洋流模型，系統地研究了一種廣泛分佈於西北太平洋熱泉與冷泉區的深海帽貝的種群歷史、遺傳結構，以及群體連通性。

通過群體遺傳學分析，研究團隊首次揭示深海帽貝在西北太平洋分為四個亞群，包括一個深海熱泉亞群與三個冷泉亞群。研究人員進行種群歷史分析，進一步推衍出深海帽貝這四個亞群形成的歷史過程：最初深海帽貝分為兩個冷泉亞群分支，並分別棲息於較淺水的黑島海丘(Kuroshima Knoll)冷泉區及較深水的冷泉區域。少數屬於黑島海丘冷泉區的帽貝幼體後來隨著太平洋洋流「黑潮」(Kuroshio Current) 的歷史遷移而進入沖繩海槽，牠們逐漸適應沖繩海槽熱泉區的環境，並形成熱泉亞群；而分佈於較深水的南海蛟龍海脊冷泉區與相模灣冷泉區，則逐步分化為兩個較深水亞群分支。該遺傳分化可能與呂宋海峽的地理阻隔及南海蛟龍冷泉區近兩千年來的甲烷通量下降有關。

研究團隊亦通過分析物理海洋模型資料，探討了地形與洋流如何影響深海帽貝的群體連通性、遷徙途徑，以及不同亞群雜交等方面的潛在作用。其中，數值粒子實驗揭示了由於沖繩海槽與西北太平洋公開水域的水流受制於沖繩海槽地形 (特別是在水深800 m 及其以下)，因此分佈於沖繩海槽各個熱泉區的深海帽貝呈現出群體的高度連通性與遺傳均一性。數值粒子實驗亦預示了小部分來自相模灣冷泉亞群的帽貝幼蟲可能受到西北太平洋中層洋流的影響，偶然遷徙至沖繩海底熱泉，繼而出現冷泉亞群與熱泉亞群的個體雜交(hybridization) 。

此項研究增進了我們對生活於深海熱泉及冷泉區的深海生物，在棲息地、地形，與洋流交互作用下的遷徙規律、分佈歷史，與當代基因流。身兼科大捷成David von Hansemann 理學教授的錢教授表示：「群體連通性是《生物多樣性公約》、國際海事組織與其他聯合國專門機構，以及各種國際組織評估特定棲息地生物多樣性保護價值的關鍵標準。因此，這項研究不僅有益於我們瞭解深海生物的演化機制與群體連通性，而且為保育海洋生物多樣性及可持續利用生物資源奠定了理論基礎，更為制定區域環境管理計畫與構建全球海洋生態系統保護區提供了重要科學依據。」

相關成果已發表於國際學術期刊《分子生物與進化》。