编者注：以下文章经许可转载自对话，这是一个报道最新研究的在线出版物。
作者：迈克尔·D.J. 林奇，滑铁卢大学
尽管体积很小，但小于千分之一米（1 毫米）的生物对生物多样性和生态系统功能做出了巨大贡献。不幸的是，对小型生物进行分类，甚至定义这些类别都很困难。小型生物是否形成独立的物种？DNA 测序技术的进步与对小型生物的大规模调查相结合表明，情况可能并非如此。
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定义物种的过程是一种历史实践。生物学家已经就一些规范达成一致，但生物学时不时地会提供一些令人惊讶的东西，这意味着我们必须偏离这些标准。现在，在一项发表在《英国皇家学会学报B》上的新研究中，阿克塞尔·罗斯伯格及其同事提出了数学模型，用于研究新物种是如何形成的。
他们首先提出生物学问题。是否存在物种形成瓦解的情况？这项工作直接影响我们对生态系统如何运作以及解读来自 DNA 测序方法的日益增长的数据量的理解，这些方法正迅速变得更便宜且更容易获得。
物种建模
研究生物彼此之间及其与环境的关系有助于将某些事物定义为“物种”。当讨论大型、独立的生物（如大象或树木）时，这个问题似乎很简单。但在较小的尺度上，情况并非总是如此，在较小的尺度上，生物通常是无性或隐秘的（难以区分）。在这里，作者依赖于物种的两个概念。生态物种，即占据与其他共存群体不同的生态位的群体；以及遗传物种，其中物种边界由其 DNA 序列的差异程度决定。
罗斯伯格的模型有五个部分：生物、种群（大小、个体之间的“距离”）、出生（具有突变的无性繁殖）、竞争（相似个体之间增加）和适应性。
DNA 测序技术正以惊人的速度发展，以至于生物学家越来越依赖数学模型来理解复杂的系统。虽然作者的模型是全面的，但他们完全承认它简化了现实，这与英国统计学家乔治·博克斯的原则相呼应：“所有模型都是错误的；实际问题是它们必须错到什么程度才变得没有用处”。然而，作者开发的模型非常有用。
物种是否在所有尺度上形成？
对于生态模型和遗传模型版本，突变率或种群规模越高，物种形成的几率就越小。由于种群规模取决于生物量，因此小型物种往往数量非常庞大。因此，小型生物通常在物种内具有很大的变异，从而抑制物种的形成。
其他证据也表明，小型生物可能不会形成独特的物种。形成物种的群体在数学模型中显示出与谱系如何随时间演化相关的独特模式。在来自较大生物的实验数据中观察到了这种模式，例如一些蝴蝶（Astraptes）和甲虫（Rivacindela）。
相比之下，在来自海洋海岸线和热带雨林的小于 1 毫米的生物中，这种模式缺失了。将这些数学模型应用于真实数据表明，对于小型生物，物种作为一个有凝聚力的单位的概念会瓦解。
环境样本的下一代 DNA 测序技术仍然相对较新，但诸如地球微生物组计划和人类微生物组计划等倡议正在生成令人难以置信的数据量。随着我们更多地了解物种与 DNA 序列数据之间的关系，诸如罗斯伯格及其同事提出的模型等模型将会不断发展。但是，如果他们的见解是正确的，那么从极其庞大的人群中对非常小的生物的不同群体进行分类可能是不可能的。
迈克尔·D.J. 林奇不为任何可能从此篇文章中获益的公司或组织工作、提供咨询、拥有股份或接受资助，并且没有相关的隶属关系。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。