第一次作業 - 問題的表達

第一次的作業主題是寫三封英文信. 內容是 (1) 向一位學者索取論文的抽印本; (2) 向一位學者詢問某一個物種的確實採集地點; (3) 向一位學者央求提供標本(樣本)並提議未來進行標本交換. 假設的情境是你完全不認識對方, 而且對方是知名學者. 請在10/7日中午12:00前寄至老師信箱.

巢狀分子變方分析的取樣數與效能

文章來源：Fitzpatrick BM. 2009. Power and sample size for nested analysis of molecular variance. Molecular Ecology 18(19): [全文下載]

分子變方分析（AMOVA）是個在量化不同階層的族群結構對於遺傳變異的貢獻程度時被廣為使用的工具，利用排列測試的運算方式去檢定是否接受或拒絕沒有族群結構的虛無假說。若資料分為若干組，每組內各有數個族群時，每組內的族群數愈少，組間的族群結構會因為組內可取樣供排列測試的族群數過少，而難以偵測得到。事實上，當總族群數少於6群，分析較高階族群結構時排列測試的P值絕不會小於0.05，作者於文中還提供了一套可估算在不同樣本數時最小P值的多項式係數與R指令。一個擁有大量個體數的樣本在階層式結構的分析是不具意義的，偵測組間差異的效能決定於各組內的族群數，因此研究者取應適當取樣。

Abstract
Analysis of molecular variance (AMOVA) is a widely used tool for quantifying the contribution of various levels of population structure to patterns of genetic variation. Implementations of AMOVA use permutation tests to evaluate null hypotheses of no population structure within groups and between groups. With few populations per group, between-group structure might be impossible to detect because only a few permutations of the sampled populations are possible. In fact, with fewer than six total populations, permutation tests will never result in P-values < 0.05 for higher-level population structure. I present minimum numbers of replicates calculated from multinomial coefficients and an R script that can be used to evaluate the minimum P-value for any sampling scheme. While it might seem counterintuitive that a large sample of individuals is uninformative about hierarchical structure, the power to detect between-group differences depends on the number of populations per group and investigators should sample appropriately.

相關連結 R project: http://www.r-project.org

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在現代系統發生學研究中，分子資料是否取代了形態資料？

文獻來源：Bybee SM, Zaspel JM, Beucke KA, Scott CH, Smith BW, & Branham MA. 2009. Are molecular data supplanting morphological data in modern phylogenetic studies? Systematic Entomology. 34(4): . [全文下載]

系統發生學長久以來一直以形態特徵為主要的資料來源，直到聚合酶連鎖反應（polymerase chain reaction, PCR）以及分子技術的長足進展之後，DNA成了系統發生學主要的資料來源，結合形態與分子資料的研究也時有所見。此後關於形態資料在系統發生學研究的效 用如何一直爭議不斷，且不同分類群的專家之間看法也常有出入。本文作者群選擇七個以系統生物學（包含各分類群）與兩個以昆蟲系統發生為主軸的期刊，分析自 1992年至2007年間系統發生研究的文章，統計以形態資料、分子資料以及形態加分子資料的研究數量為何，試圖找出研究發展趨勢。結果過去15年包含各 分類群的文章共有1469篇，有73%使用分子資料，18%使用形態資料，9%使用形態加分子資料。分三大類來看，分子資料的使用以植物（77%）最多， 非節肢動物（73.1%）次之，昆蟲（66.8%）最少；形態資料的使用在昆蟲（19.9%）以及非節肢動物（19.1%）幾乎為植物（12.5%）的兩 倍；分子加形態資料的使用以昆蟲（13.3%）最多，接著是植物（12.5%），非節肢動物（7.8%）最少。在昆蟲系統發生的期刊中，有71.9%的研 究使用形態資料，21.5%使用分子資料，6.6%使用形態加分子資料。結果顯示雖然目前許多研究著重於分析大量的分子資料，形態資料仍常被使用，特別是 在昆蟲領域。作者認為在昆蟲研究中形態資料依然被廣為使用可能是因為昆蟲有大量且狀況良好的標本收藏，而且形態構造高度特化，物種多樣性極高再加上強調形 態特徵的分類傳統。作者最後呼籲所有分類學家仍應重視形態資料，否則我們可能將會失去鑑定與描述生物的能力。

由自動特徵選取系統來加速生物多樣性物種的開拓, 兼論數位時代對分類學門的影響

ACCELERATING TAXONOMIC DISCOVERY THROUGH AUTOMATED CHARACTER EXTRACTION

文 獻出處: Salle, JL, Q Wheeler, P Jackway, S Winterton, D. Hobern & D. Lovell. 2009. Accelerating taxonomic discovery through automated character extraction. Zootaxa 2217: 43-55.

[Free PDF download]

簡介
由最近期全世界物種數的統計資料我們可以看到，由林奈氏出版「自然系統 (Systema Naturae)」以 來的250年間，約有一百八十萬種物種被發表，然而如此龐大的分類群數量卻只代表了地球中20%的成員。於此，對於急欲探討生物的多樣性、自然資源管理、 保育政策執行以及永續發展為終極目標的人來說，分類學家的地位較過去來說顯得更為重要且不可取代，然而，舊有且以形態描述進行發表新物種的傳統分類學方 法，卻被視為過於緩慢，甚至造成新物種發現發表的阻礙。

數位時代的來臨，正逐漸帶領分類學走向更寬廣的路，利用網際合作的平台，許多全球 生物資料庫(註)整 合了當今最新的分類資訊、分子序列資料以及珍貴的古今文獻數位典藏，這些資訊的便利與易獲得性，使分類學家能夠更有效率的進行全球性的 分類群檢討，並在新發表文章時，將模式與重要標本數位影像、分子序列、分類描述、分類檢索表與文獻資料等種種資訊上傳至各網路資料庫群，可說是對全球物種 數統計與新物種發表之資訊取得的革新，並助於型態與分子資訊的整合。

對於物種鑑定或是對生物觀察有興趣者或研究人員來說，電腦運算也提供 了肉眼辨識以外的可能性。以昆蟲鑑定來說，在取得一隻標本部分清晰的翅斑紋或翅脈結構的影像之後，利用數位影像後製(例如裁切、修色、去除背景雜訊)、電 腦運算與結合內建標本影像資料庫的搜尋，便有辦法篩選出與該標本有關的物種，以此達成物種的鑑定。

然而，相關研究人員目前對於電腦運算潛 力的期望並不僅於已知物種的鑑定，本文作者群倡議將來能夠發展出一套全自動或半自動特徵選取系統(automated character extraction system)，已達成對標本影像(包含平面影像、3D影像、立體造影、X光影像、核磁共振影像以及斷層掃描)的型態特徵選取，並執行同源性特徵的評估與 特徵矩陣化，進而應用特徵矩陣完成檢索表與分類描述的撰寫甚至進行親緣關係的重建。如此對於現今絕多數分類學家皆無法想像的可能性，作者群認為這樣的新思 維是結合數位時代所必然的趨勢。然而作者群的確也指出了自動特徵選取系統在每個微細步驟、電腦邏輯編寫以及人力培訓上的艱難處，也提出未來不同領域(例如 生物多樣性資訊、影像分析、軟體與搜尋引擎開發技術、語言學等)與專業技術人員整合。當然，也包含了資金的援助。

註: 全球生物多樣性資料庫相關網站:
• Encyclopedia of Life (EoL)
• Global Biodiversity Information Facility (GBIF)
• GenBank
• Atlas of Living Australia (ALA)
• Species 2000
• ITIS Catalogue of Life
• MorphBank
• ZooBank
• Biodiversity Heritage Library (BHL)

Abstract
This paper discusses the following key messages. Taxonomy is (and taxonomists are) more important than ever in times of global change. Taxonomic endeavour is not occurring fast enough: in 250 years since the creation of the Linnean Systema Naturae, only about 20% of Earth’s species have been named. We need fundamental changes to the taxonomic process and paradigm to increase taxonomic productivity by orders of magnitude. Currently, taxonomic productivity is limited principally by the rate at which we capture and manage morphological information to enable species discovery. Many recent (and welcomed) initiatives in managing and delivering biodiversity information and accelerating the taxonomic process do not address this bottleneck. Development of computational image analysis and feature extraction methods is a crucial missing capacity needed to enable taxonomists to overcome the taxonomic impediment in a meaningful time frame.

本學期課程設計之構想 (Part I)

首先, 這個課程的開授對象乃是以系統生物學(包含比較形態, 系統分類, 親緣關係, 演化生態, 親緣地理, 族群遺傳, 分子演化)相關議題為論文題材的研究生與大學部專題生, 若您只是因為對系統分類與演化有興趣, 且在之前完全未修過此類課程者 (分類, 遺傳, 生統, 生態, 演化任二課程), 尤其是非生態組之碩專班同學, 請儘可能不要選修這門課, 推薦您應該去修海科院海生所莫顯蕎與宋克義老師所開授的系統分類與演化課程, 以免完全無法聽懂耽誤您的寶貴時間(與學分費). 本課程在這學期的主要教學重點如下:

• 進行系統生物學研究實務上將面對的歷史, 哲學, 科學與政治議題
• 進行研究所需具備的基礎 - 科學邏輯, 研究策略, 工具應用, 語言使用
  
• 假說的形成與實驗的設計
• 成果的詮釋與議題的延伸
• 研究相關的規約, 規範與道德

課程除老師講授之外將挑選重要議題(方法論及研究趨勢為主), 由同學進行報告與討論

[新書]Species - A History of the Idea

[書名] Species - A history of the idea
[作者] JS Wilkins
[出版] University of California Press
[年代] 2009
[規格] 303 pages, figs.
[ISBN] ISBN-13: 9780520260856
[原文書介網頁] nhbs
http://www.ucpress.edu/books/pages/11391.php
[書評]
“少有議題能比種概念更能結合生物學家與哲學家的思維，且可以說是演化科學上最重要的主題。作者在本書中綜合嚴謹的歷史與哲學上的分析，並為此耐久的學科提供新的發展見解。” - Joel Cracraft,美國自然史博物館

"物種"這個複雜的概念隨著時間而演變，其意義至今仍未有答案。此書透過追蹤其從遠古到現代的歷史發展脈絡，以嶄新的眼光看待生物學領域的中心想法。作者 探索其本質的角度，串聯從柏拉圖與亞理斯多得的時代穿過中世紀直到近代，並細想物種在自然史中的概念-通常與生殖相連的概念。 追溯物種“生殖的概念”至達爾文甚至伊比鳩魯(希臘哲學家)的想法，作者提供對於生物學家與哲學家之間處理此概念的關連一個新的洞見。他同時回顧了一系列 近代的定義，而“物種”在過去、現在與未來的自然科學中，都是探索的標準和基礎概念的澄清。

另見Taxacom之討論