2025解密氣候變遷對生態的影響：突破！舊金山河口微生物基因定序

關鍵要點

• 2025最新的基因定序技術，建立一個包含完整基因組的微生物數據庫，以追蹤微生物的種類、功能及其對環境變遷的適應方式。

• 舊金山河口（San Francisco Estuary） 是美國西岸最大的河口區，其微生物群落對生態環境與營養循環至關重要，然而目前對其了解仍相當有限。

• 透過這項研究，科學家能夠開發預測藻華（algal blooms）模型，並為生態保護與政策制定提供科學依據。

探索舊金山河口的微生物世界：氣候變遷下的隱藏力量

薩克拉門托-聖華金河三角洲（Sacramento-San Joaquin River Delta） 面臨持續的環境壓力，從水文與鹽度調控、農業徑流到外來物種入侵，皆對生態平衡造成影響。2022 年，極端高溫與乾旱 導致破紀錄的有毒藻華（harmful algal bloom, HAB），大量魚類死亡，使舊金山灣從 Emeryville 至 Albany 的水域變成深紅褐色。

為解決這一問題，Berkeley Lab 生物科學部門（Biosciences Area） 研究員 Lauren Lui 透過環境基因組學（environmental genomics） 解析微生物在生態系統中的關鍵作用，藉此發展更完善的生態保護策略。

“這片土壤和水域中的微生物影響著整個生態環境，但我們對它們的了解仍十分有限。” — Lauren Lui

基因定序技術如何提升河口監測能力？

先進環境基因組學：解析微生物的生態角色

目前，加州水資源部（California Department of Water Resources, DWR） 及其聯邦夥伴透過每月環境監測計畫收集水質數據，然而，現行方法主要聚焦於 浮游動物（zooplankton）與浮游植物（phytoplankton），而對於細菌（bacteria）、古菌（archaea）與病毒（viruses） 的監測仍有極大知識缺口。

“我們無法理解宏觀生態變化，除非能解碼微生物的影響。” — Ted Flynn, DWR 資深環境科學家

為填補這一知識缺口，Lui 採用長讀長度（long-read sequencing）技術，透過聯合基因體研究所（Joint Genome Institute, JGI） 和國家能源研究科學計算中心（NERSC） 的計算資源，解析微生物完整基因組，並建立微生物動態變遷的基線數據。

微生物與藻華的關聯性

氮（Nitrogen）和磷（Phosphorus）是控制藻華形成的關鍵營養元素，透過基因數據，科學家可以追蹤微生物如何影響營養循環。

“未來，我們希望能夠透過基因數據，預測何時何地可能發生有害藻華。” — Lauren Lui

環境基因組數據如何幫助氣候變遷監測？

建立微生物生態模型：從基因數據到政策應用

Lui 目前正在建立 微生物數據庫，未來可作為比對基準，減少新數據處理的計算量，並提升預測能力。這項研究將幫助科學家：

• 監測微生物群落對氣候變遷與水質變化的反應

• 解析微生物基因如何調控生態功能

• 發展預測模型，預測藻華的發生與影響程度

“希望未來 10 到 20 年內，我們能透過少量監測數據，準確預測藻華發生地點與影響，並提供有效的管理策略。” — Lauren Lui

常見問題（FAQ）

1. 為什麼研究舊金山河口的微生物如此重要？

舊金山河口是美國西岸最大的河口區，其微生物群落對營養循環、藻華形成與生態健康至關重要。通過基因定序，科學家可以預測微生物如何影響環境變遷，並制定有效的生態保護政策。

2. 這項研究如何幫助預測有害藻華？

科學家透過基因數據追蹤控制藻華形成的關鍵微生物與營養元素（如氮與磷）。這些數據可用於建立模型，預測藻華發生的時間與地點，以降低其對環境與生物的影響。

3. 研究數據如何應用於政策制定？

透過建立微生物數據庫與預測模型，政府與環境機構可以根據數據調整水資源管理策略，例如限制營養物質的排放或調控水文條件，以減少有害藻華的發生。

4. 研究所使用的基因定序技術有何優勢？

Lui 研究團隊使用長讀長度基因定序技術（long-read sequencing），可解析完整的微生物基因組，提供更準確的數據，有助於識別微生物如何適應氣候變遷。

5. 這項研究由哪些機構支持？

該研究由美國能源部（DOE）、勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）、聯合基因體研究所（JGI）、國家能源研究科學計算中心（NERSC）、加州水資源部（DWR） 及美國地質調查局（USGS） 共同支持。

研究支持與合作機構

• 美國能源部（DOE）

• 勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）

• 聯合基因體研究所（Joint Genome Institute, JGI）

• 國家能源研究科學計算中心（NERSC）

• 加州水資源部（DWR）

• 美國地質調查局（USGS）