大頭蛙的例子說明了基因交流和資料類型對於隱蔽種物種界定的影響

https://doi.org/10.1093/sysbio/syag001

整篇文章都好重要。

隱蔽種（cryptic species）並沒有一個通用的定義，雖然主要著重在遺傳高度分化但形態上難以區分的支系。種化是一個動態過程，因此不同的隱蔽種也應該在遺傳和形態這兩個維度上有不同程度的變化，但偵測隱蔽種的方法和隱蔽種形成的機制仍在爭議中。

種化在分化（divergence）和融合（cohesion；但我感覺用fusion比較好）兩股相反的力量中推拉，但傳統的建樹模型，如multispecies coalescent，預設種化之後物種之間沒有基因交流，若admixed lineages一起納入分析可能違背這個假設，導致admixed lineages被放置在樹的早期分化的位置，即artificial branch effect；另一方面，基因交流也可能導致種內的遺傳距離大於種間，這個現象稱作species-definition anomaly zone。隱蔽種的數量就因此可能被錯估。

婆羅洲的大頭蛙Limnonectes kuhlii複合群，基於粒線體基因的分析，被認為有很高的隱蔽多樣性。作者集合了各種不同來源、類型的基因，其中特別針對以下四種來源的基因進行分析（因為取得的基因數較多）：

(1) AHE: anchored hybrid enrichment

(2) BUSCOs: benchmarking universal single copy orthologs

(3) FrogCap: custom-designed probe set for frogs

(4) UCEs: ultraconserved elements

作者評估了不同分析方法（quartet-based、sequence-based、site-based）、基因來源（AHE、BUSCOs、FrogCap、UCEs）和數據類型（sequences、SNPs）對於偵測基因交流的能力，結果發現：

(1) Quartet-based NANUQ能偵測到AHE、BUSCOs和FrogCap呈現的基因交流，但UCEs不能；

(2) Site-based ABBA-BABA使用SNP資料，可以偵測到以上四種基因來源呈現的基因交流，但缺點是無法辨別是古代還是近代發生的基因交流；

(3) Sequence-based BPP能從BUSCOs和FrogCap中偵測到基因交流，但AHE和UCEs不能；

(4) UCEs很適合用來重建演化時間較久的phylogeny，尤其是gene tree discordance程度很低的時候；但是很不適合偵測近代的族群史，如進行中的基因交流。

由上結果和討論可得知，僅用一種來源的遺傳標記和分析方法，想要重建完整的種化歷史是不太切實際的。Limnonectes kuhlii複合群呈現了種化連續過程中的各個階段，有初期分化的支系、有處於speciation gray zone的支系、也有最終形態與遺傳都已形成差異的支系。包含外群，物種界定分析支持Limnonectes kuhlii複合群有七個物種，作者提出隱蔽種形成的機制可以源於頻繁的基因交流，即The gene flow hypothesis：古代和近代的基因交流導致了物種間形態的高度相似性。最後本研究點出，廣泛使用、基於guide tree和divergence threshold的分析方法，若是忽略基因交流，可能無法正確的估計隱蔽種的多樣性。

如何理解族群分化(population subdivision)與種化(speciation)？

 

https://doi.org/10.1002/ece3.6524

究竟種化（speciation）是什麼？族群分化（population subdivision）算是種化嗎？棘背魚（stickleback）是一個常用於研究同域種化的典型系統；然而，雖然皆是共域下的棲位分化，適應不同水層的棘背魚是生態型（ecological forms），但類似演化情境下，中美洲的慈鯛卻被視為不同物種（species）。以上例子來看，導致種內遺傳結構、族群分化的機制才是種化。然而實際來看，種內的遺傳分化並不總是能預測種化速率，意味著分化的族群不見得會變成不同物種。許多研究將種化描述成一段連續的過程，而population subdivision只是種化過程中的早期階段。

在定義種化時也很強調生殖隔離。若說population subdivision是種化的第一個階段，但當生殖隔離的機制還沒形成時種化仍可能「失敗」，因此生殖隔離可以說是種化的第二個階段，避免分化的族群再次融合回去。多數科學家應該同意「種內和種間分化的過程」都是種化。

然而，若說種化就是形成生殖隔離的演化過程，其實生殖隔離作為物種界定的依據也相當爭議。多數分化中的近緣物種很可能沒有演化出生殖隔離，甚至沒那麼近緣的物種也沒有演化出生殖隔離，例如分化超過一千萬年的海神大兜和長戟大兜。實際研究中也發現諸多姐妹種、近緣種仍可雜交的案例，而且雜交可能會帶來適應性優勢，因此沒有演化出與其近緣種有生殖隔離的物種反而會受到天擇的偏好。所以說，生殖隔離何以能成為物種界定的依據？

更瞭解遺傳分化的過程，我們也許就能夠做出更符合演化的物種界定。親緣地理學的研究旨在瞭解物種，或不同地理支系，如何產生遺傳分化的過程，而物種界定的研究則是評估這些地理或遺傳支系是不是「物種」。隨著定序科技和統計模型的發展，現今可用的數據和分析越來越多，然而若缺乏對種內和種間分化的理解，可能會導致物種的過度切割。種化這個詞可能其實包含了很多不同機制和過程，是否population subdivision就是種化？或population subdivision是還沒完成的種化？這個問題相當重要，不只是因為語意上的歧義，也可能會影響我們對物種界定的詮釋。最後，研究種內變異是如何生成以及種間分化是如何維持也許能幫助我們回答何謂物種以及為何有如此多的物種演化出來。

關於隱蔽支系的物種界定務實操作上的建議

 

https://doi.org/10.1093/sysbio/syy026

種化在不同維度上的速率可能是不一樣的，因此會出現遺傳分化甚大但形態卻沒什麼變異的演化支系，也就是隱蔽支系（cryptic lineages）或隱蔽種（cryptic species）。隱蔽支系在物種界定上的難點在於，如果這些支系是異域分布的，支系間的生殖隔離將會很難評估。這篇研究以澳洲的兩個種群的蜥蜴（Carlia rubrigularis group和Lampropholis coggeri group）為例，種群內的物種是異域或鄰域分布，結論給出一系列界定隱蔽種時的操作建議：

(1) 盡量廣泛採樣擴及各個族群
(2) 做物種界定，找出統計上支持的支系（即putative species或candidate species）
(3) 比較putative species之間有沒有表徵變異，而且這個表徵分化是否與種化有關
(4) 如果(3)失敗了，做生殖隔離相關的實驗
(5) 如果(3)和(4)務實上不可行，則利用已知有生殖隔離的物種間的分化程度(da、dxy、branching time等等)，來評估putative species是否可能也達到生殖隔離

由於生殖隔離的演化在不同支系間可以有很大差異，以上操作尤其是(5)，有一些前提需要考慮。這篇研究提供的操作建議可能比較適用於不同族群間有相似的生態位以及類似的種化過程的種群，因為擁有相近生態位和生物地理背景的種群，支系間的生殖隔離演化速率應該會比較接近。總之好的物種界定應該是process-based的，族群分化史、生態棲位和親緣地理背景等等生物學資訊都應該納入考慮。

刷一下存在感，所以迷離虎甲(Cylindera subtilis Chou et al., 2022)登場！

 

https://doi.org/10.1071/IS22011

說實在的這只是一篇小文章，而且是採樣也不算很全的那種。不過這篇也熬了約兩年才發表，做了非常多的分析。除了描述新的分類群，我認為迷離虎甲的發現對於台灣虎甲蟲的多樣性、隱蔽種議題以及更深更廣的，異域種化(allopatric speciation)，有更佳的理解與啟示。

虎甲蟲一般被認為是善飛的昆蟲，移動能力佳的生物通常不會有明顯的族群間的遺傳結構。然而，迷離虎甲的發現代表著兩件事情：(1) 善飛如虎甲的生物也可以發生異域種化（allopatric speciation，甚至能在很小的地理尺度上形成獨立的遺傳支系(族群間距離不到7公里）；(2) 長頸六星虎甲種群（C. pseudocylindriformis complex）中，些微的形態差異可能暗示種化已經發生了；這代表著台灣的Cylindera屬多樣性還有待發掘，因為這些或多或少的形態細微差異可能都是種級的分化（species-level divergence）。而且，以上兩件事我推測都與棲地專一性和棲位保守性有關。

先putative species discovery再species validation：從巴西的Pithecopus猴蛙來看物種界定的策略

 

https://doi.org/10.1016/j.ympev.2018.11.022

巴西的大西洋森林（Atlantic Forest）和塞拉多（Cerrado）是當地的陸域生物多樣性熱點，有許多受威脅的特有物種，而且滅絕速率有可能因為隱蔽種的存在被低估了。Pithecopus屬的猴蛙中的兩個種類：P. megacephalus和P. rohdei，親緣關係近但分布在截然不同的環境，後者有明顯的族群結構並可能有隱蔽種存在，而且這兩個物種的形態多變不好區分，需要重新做物種劃界與分類探討。多基因座數據和溯祖理論是物種界定的好方法，multi-species coalescent （MSC）就是個廣為使用在物種界定的模型，不過MSC常常過度切割物種。所以，使用各種不同的datasets以及了解種化過程很重要，有助理解造成隱蔽多樣性的演化機制。

作者將物種界定的策略分成兩個階段：(1) 首先是species discovery階段，發掘可能的putative species。以BEAST重建粒線體gene tree，再輸入ML-GMYC和bGMYC兩種model找出putative species；接著計算核基因的pairwise haplotype distance，用POFAD的Phylogenetic Bray-Curtis將這些distance合併成一個矩陣，然後再用SplitsTree的Neighbor-Net畫成network圖，用來比較粒線體基因和核基因的物種界定歸群相不相同。(2) 第二個是species validation階段，驗證putative species。把前個階段得到的putative species當成prior輸入BEAST的STACEY套件，做分子物種界定；此外，也使用分子和形態特徵，以iBPP分析整合物種界定（A10 model）。

包含P. megacephalus和P. rohdei（由模式產地定義），GMYC model共找出六個putative species，STACEY和iBPP也支持這個結果。核基因network大致上也得到六個clusters。作者認為新發現的四個支系都屬於P. rohdei complex（而非P. megacephalus），形質分析（PERMANOVA）顯示只有Doce的族群在形態上與P. rohdei有顯著差異，其餘都是隱蔽支系。

隱蔽支系可能有這四種解釋：近期分化、由於棲位保守導致的形態停滯（morphological stasis due to niche conservatism）、趨同演化和平行演化。根據這些猴蛙的譜系發育關係和分子定年，應該是因為近期分化，還沒有足夠時間累積形態變異。不過作者也不排除其他假說，需要採樣更多外群和定序來確定譜系發育關係，而且這些猴蛙經由鳴聲、費洛蒙等擇偶，可能不會反映在形態上。

明顯分群的粒線體支系應該視為不同物種嗎？看看蠼螋的例子

https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlaa070

"Speciation processes are not necessarily followed by morphological diversification."
喜歡這個句子，先記著。

對的，種化不見得伴隨形態上的分化，尤其在近緣種之間更可能缺乏診斷特徵（diagnostic characters）。所以分子方法可以幫助分類學的研究，找出隱蔽種。DNA條碼是個廣泛使用的概念與工具，動物來說常使用粒線體COI基因。不過，COI重建的gene tree如果有明顯的遺傳結構，那這些遺傳支系應該在分類上當成不同物種嗎？

Forficula auricularia是一種廣布的蠼螋，前人已經分析過COI並認為至少有兩個隱蔽種。本研究的目的是：(1) 劃界F. auricularia complex的親緣地理，並用核基因ITS2偵測各COI支系之間有沒有基因交流；(2) 藉由形質分析看看這些COI支系是不是隱蔽種，或其實是形態上可辨別的物種；(3) 評估各支系間的氣候棲位。結果顯示共有五個粒線體支系（A、B、C、D、E），ABCE的形態高度保守，只有D可以在形質分析中區分。ITS2的單倍型分析中，A和E有各自獨特的單倍型，而B和D的單倍型基本上一樣，C則缺少核基因的數據。ABE沒有共享的ITS2單倍型，因此應該沒有基因交流，於是作者認為他們是三個獨立的演化支系（本篇研究中，即species）。至於D，分布非常侷限而且沒有和他的姊妹支系B相連，反而是被廣布的E包圍，而且D的形態和其他支系差異最大，所以作者也認為D是一個獨立物種。最後D和E被描述成兩個新種。

其實我最想知道的是A和C的關係。他們在COI樹上是姊妹支系，而且地理分布相隔很遠，A廣布在歐洲和北美，而C似乎只有在伊朗採集到。可惜的是C沒有核基因資料，也沒有納入形質和棲位分析，作者也認為需要多點樣本來探討C的地位，所以目前先將C視為A，即F. auricularia，種內的一個支系。所以，不同粒線體支系應該視為不同物種嗎？利用不同的dataset，如這個研究使用核基因、形質和氣候棲位三種dataset，獨立分析後如果可以得到和粒線體支系相同的分群，那麼這些支系視為不同種應該沒問題，至少有演化與生態上的意義。

澳洲Kumbadjena櫛蠺的隱蔽種化

https://doi.org/10.1071/IS18024

相較於現今，古時的澳洲氣候比較潮濕，但是在中新世（Miocene）時發生乾旱（aridification），這導致許多潮濕棲地縮限並破碎化，在澳州西南部尤其可見。躲在各個潮濕庇護所的生物便由於population subdivision而分化開來。櫛蠺是有爪動物（Onychophora）的一種，算是節肢動物的近親；很怕乾，所以通常棲息在溫暖潮濕的地方。櫛蠺的遷徙能力很弱，而且受限在潮濕棲地中，所以他們應該會有明顯的short-range endemism，是一個解釋前述乾燥氣候壓力下的種化假說的好實例。澳洲的南櫛蠺科（Peripatopsidae）的Kumbadjena屬複合群（species complex），形態高度保守所以物種劃界不清，而且沒有適合的診斷特徵（diagnostic character）。這時候分子資料就可以幫上忙了，這篇研究用了三個粒線體和一個核基因，解析Kumbadjena的分類和親緣關係，並發掘其中隱蔽的多樣性。物種界定的結果支持Kumbadjena至少有七個遺傳支系，包含三個新種；幾乎每個支系的分布都很侷限，符合short-range endemism，少數共域的種類應該是secondary contact因為共域的並非姊妹支系。有趣的是，描述新種時作者用了高度保守的18S rDNA當作分子診斷特徵，因為這個分子標記在種的位階非常穩定，可以當作描述隱蔽種或形態極相似的物種時的參考。