根據生物進化理論，超微型海洋細菌「原綠球藻」（Prochlorococcus）被假定為具有龐大種群規模的細菌，因此自然選擇被認為是推動其演化最為有效的驅動力。香港中文大學（中大）生命科學學院羅海偉教授領導的研究推翻此說，團隊發現「遺傳漂變」（genetic drift）是驅動原綠球藻演化的關鍵作用力，而「自然選擇」的作用力沒有預期中有效。研究結果更意味由原綠球藻驅動的生物地球化學循環效率可能遠低於預期，令全球氣候調節受影響。研究成果已刊登於國際學術期刊《自然—生態與演化》（Nature Ecology & Evolution）。

原綠球藻是一種固碳光合細菌，廣泛分布於熱帶及亞熱帶海域，地球上近15%氧氣由它產生。微生物佔海洋生物量90%，大部分海洋微生物細胞僅由少數的優勢群體構成，原綠球藻是其一。它們是地球上最豐富的光合生物，利用陽光固定二氧化碳，繼而產生有機物和氧氣。

「遺傳漂變」是一種類似隨機抽樣方式的演化作用力，可以令有利的基因特徵丟失，有害的基因特徵保留。「遺傳漂變」可發生於任何物種包括人類和原綠球藻，但影響程度不同，例如科學界認為它對人類的影響非常大，對原綠球藻的影響小至可被忽略。原因在於物種的有效種群規模（effective population size）愈大，「遺傳漂變」影響力愈小，相對地「自然選擇」的影響力愈大。科學家過往認為，原綠球藻的有效種群規模大約為10億至10萬億個，比任何已知物種規模都要大。因此，它們的演化過程被認為主要受「自然選擇」影響，「遺傳漂變」的影響極小。

為驗證這一假設，羅教授的團隊及其合作實驗室進行了三年的大規模突變累積實驗，他們測量了原綠球藻代表菌株的自發突變速率，並建立一套新計算方法，將400多個未培養原綠球藻的不完整基因組進行種群劃分。團隊基於這些數據估算出原綠球藻的有效種群規模僅為一千萬，遠低於科學界以往的估算。

羅教授解釋：「按研究結果，原綠球藻的有效種群規模實際上是很小，『遺傳漂變』才是驅動演化的關鍵作用力。因此，科學家不應再假設原綠球藻的基因組能集合優化的代謝特徵是出於『自然選擇』，而應視之為一個攜帶大量有害突變的基因組合，令其編碼的『酶』嵌入大量有害突變。這項研究對理解原綠球藻驅動的生物地球化學循環的工作效率，特別是在固碳和營養元素循環方面具重要意義。例如﹕假若負責固定二氧化碳的『酶』攜帶大量有害突變，便會降低固碳效率。由於原綠球藻在全球固碳生物群落佔據主導地位，一旦固碳效率受損，氣候調節和地球元素循環的平衡可能會受影響。」

是次研究團隊的成員還包括羅教授指導的博士生王曉君、廈門大學張瑤教授及其博士生陳卓宇，以及香港科技大學曾慶璐教授等。研究獲南方海洋科學與工程廣東實驗室（廣州）香港分部，及香港研究資助局「卓越學科領域計劃」等資助開展。論文全文可瀏覽: https://rdcu.be/cDLSh。

有關中大微生物進化及生態學實驗室

中大微生物進化及生態學實驗室由羅海偉教授於2015年成立，主要從事與碳、氮等元素生物地球化學循環、珊瑚保育及農作物產量等有重要關係的細菌進化遺傳學及種群基因組學研究。該實驗室已取得多項突破性成果，包括開發新的方法計算細菌的古老程度及演化時間、發現細菌演化與宿主演化和地球演化歷程的關係、提出細菌物種形成的新機制，以及重新審視「自然選擇」在細菌演化過程中的作用等。