編者注：以下文章經許可轉載自對話，這是一個報道最新研究的線上出版物。
作者：邁克爾·D.J. 林奇，滑鐵盧大學
儘管體積很小，但小於千分之一米（1 毫米）的生物對生物多樣性和生態系統功能做出了巨大貢獻。不幸的是，對小型生物進行分類，甚至定義這些類別都很困難。小型生物是否形成獨立的物種？DNA 測序技術的進步與對小型生物的大規模調查相結合表明，情況可能並非如此。
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定義物種的過程是一種歷史實踐。生物學家已經就一些規範達成一致，但生物學時不時地會提供一些令人驚訝的東西，這意味著我們必須偏離這些標準。現在，在一項發表在《英國皇家學會學報B》上的新研究中，阿克塞爾·羅斯伯格及其同事提出了數學模型，用於研究新物種是如何形成的。
他們首先提出生物學問題。是否存在物種形成瓦解的情況？這項工作直接影響我們對生態系統如何運作以及解讀來自 DNA 測序方法的日益增長的資料量的理解，這些方法正迅速變得更便宜且更容易獲得。
物種建模
研究生物彼此之間及其與環境的關係有助於將某些事物定義為“物種”。當討論大型、獨立的生物（如大象或樹木）時，這個問題似乎很簡單。但在較小的尺度上，情況並非總是如此，在較小的尺度上，生物通常是無性或隱秘的（難以區分）。在這裡，作者依賴於物種的兩個概念。生態物種，即佔據與其他共存群體不同的生態位的群體；以及遺傳物種，其中物種邊界由其 DNA 序列的差異程度決定。
羅斯伯格的模型有五個部分：生物、種群（大小、個體之間的“距離”）、出生（具有突變的無性繁殖）、競爭（相似個體之間增加）和適應性。
DNA 測序技術正以驚人的速度發展，以至於生物學家越來越依賴數學模型來理解複雜的系統。雖然作者的模型是全面的，但他們完全承認它簡化了現實，這與英國統計學家喬治·博克斯的原則相呼應：“所有模型都是錯誤的；實際問題是它們必須錯到什麼程度才變得沒有用處”。然而，作者開發的模型非常有用。
物種是否在所有尺度上形成？
對於生態模型和遺傳模型版本，突變率或種群規模越高，物種形成的機率就越小。由於種群規模取決於生物量，因此小型物種往往數量非常龐大。因此，小型生物通常在物種內具有很大的變異，從而抑制物種的形成。
其他證據也表明，小型生物可能不會形成獨特的物種。形成物種的群體在數學模型中顯示出與譜系如何隨時間演化相關的獨特模式。在來自較大生物的實驗資料中觀察到了這種模式，例如一些蝴蝶（Astraptes）和甲蟲（Rivacindela）。
相比之下，在來自海洋海岸線和熱帶雨林的小於 1 毫米的生物中，這種模式缺失了。將這些數學模型應用於真實資料表明，對於小型生物，物種作為一個有凝聚力的單位的概念會瓦解。
環境樣本的下一代 DNA 測序技術仍然相對較新，但諸如地球微生物組計劃和人類微生物組計劃等倡議正在生成令人難以置信的資料量。隨著我們更多地瞭解物種與 DNA 序列資料之間的關係，諸如羅斯伯格及其同事提出的模型等模型將會不斷發展。但是，如果他們的見解是正確的，那麼從極其龐大的人群中對非常小的生物的不同群體進行分類可能是不可能的。
邁克爾·D.J. 林奇不為任何可能從此篇文章中獲益的公司或組織工作、提供諮詢、擁有股份或接受資助，並且沒有相關的隸屬關係。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。