The main research interests of the Ecology and
Molecular Systematics Freshwater Fishes Laboratory are concerned with the
freshwater ecology of the rivers, especially estuarine ecosystems and fish
migrations; ichthyology, especially taxonomy, ecology and molecular evolution.
Another major area of research is the freshwater fish fauna survey of Taiwan
Freshwater fishes are
particularly important in regional limnological studies - as major components
of the ecosystem as well as biological indicators. Therefore, we have involved
several long-term ecological research projects, which included the monitoring
of Formosan Landlocked Masu Salmon (Oncorhynchus
masou formosanus) at the central part of Taiwan and the fish fauna survey
of Feitsui Reservoir of Taipei.
The Formosan landlocked salmon
is one of the law-protected endangered animals of Taiwan. The small population
can be found only in the Chichiawan Stream basin of Shei-Pa National Park. The
authority of Shei-Pa National Park has persisted in population census of this
precious species to effectively supervise and protect the relic natural
treasure. The Population census of Formosan landlocked salmon was carried out
twice per year in the Chichiawan Stream basin at the early summer and late
autumn respectively since 1994. We compared the population size after spawning
this year with the size before reproduction season of last year to deduce the
degree of population fluctuation.
The
researches on monitoring and reservation of Feitsui Reservoir water quality
with emphasis on applications of freshwater fishes is aims to monitor long-term
water quality of the Feitsui Reservoir of Taipei with special interests in the
applications of reservoir-dwelling fishes on clearance of suspended minute
algae. The biotic control method, if proved practicable, will contribute to the
administration policy formulation as well as the ecological data bank serving
to propagate the concept of water resource protection.
The studies of the migratory dynamics and early life
history of the catadromous eel Anguilla
marmorata and amphidromous gobies at the estuary of Hsiukuluan River in
Eastern Taiwan by using the daily collection and analysis of
otolith microstructure and microchemistry was carried out more than five years. The otolith analytic
technique also used for the life history studies of several migratory gobies in
our laboratory. We found that the giant
eel A. marmorata has two distinct reproduction seasons per year and the
mystical life history was totally different from other eels. The
migratory dynamics between recruitment and subsequent dispersion into upstream in
the most abundant amphidromous gobies at the unique Hsiukuluan River estuary
was also disclosed at the same time.
The result provides useful information to management and protection of
the freshwater fisheries at the eastern Taiwan.
A separate area of our research
involves the molecular systematics of the endemic freshwater fishes of Taiwan.
The phylogenetic studies on the intra- and inter- species relationships of
several Taiwanese freshwater fishes group were carried out by comparing the PCR
generated mitochondrial DNA sequences.
個人自1979年起師事沈世傑教授從事台灣淡水魚分類及生態之研究，陸續發表相關淡水魚類論文，著有台灣的淡水魚類（教育廳）、台灣淡水魚（Ｉ）（農委會）、飛羽（交通部東管處）、海邊生物（交通部東管處）等書，曾發表一種排灣特有的新種淡水魚類---台東間爬岩鰍(Hemimyzon
taitungensis目前被列為保育類動物)，以及以淡水魚類的分布提出台灣生物地理區劃的觀點，廣受引用參考。在1992年完成台灣纓口鰍粒線體去氧核醣核酸的定序工作，是為全球首次完成魚類相關之工作，其結果直至今日都一直受到引用參考。來校服務之後, 仍舊持續進行相關魚類分類基礎研究, 繼續發表另一新種淡水魚類---頰紋吻蝦虎魚(Rhinogobius genanematus)，在1998年發表於動物學研究期刊之中。這份期刊也是被評定為科技方面的核心期刊之一.
目前除積極研究魚類基礎分類及分子系統學的工作之外，更對於洄游性魚類的生態研究有相當深的投入，除藉由耳石的分析闡明了許多台灣淡水魚類的生活史之外，更以分子生物學的基礎發展利用蛋白脢處理耳石的新方法，在1998年挪威所舉行的國際耳石研討會議上廣受矚目，可以說是魚類耳石處理和研究上的一項重要突破。該篇論文隨後發表於英國魚類生物學期刊, 審查委員評為近年來這方面的研究中難得讓他驚訝的新發現, 這個新技術立即受到相當多的相關研究人員所引用. 能夠有這樣子的成績, 主要是和過去受到分子生物學基礎訓練, 以及在本系整體現代生命科學研究環境的影響有關.
目前也參與台灣瀕臨絕種的櫻花鉤吻鮭復育之研究，更藉由本身對於淡水魚類生態的了解，多方協助河川工程人員在於溪流生態保育上的訓練以及魚道工程規劃等工作。因此被台灣省政府水利處聘為水資源工程技術顧問小組顧問。也因為對於淡水魚類生態與保育方面具有一定程度的專業水平，被農委會聘為野生動物保育諮詢委員會之委員一職。
在校服務期間的主要研究有兩個主要的研究方向，分別是（一）淡水魚類分子系統學研究，以及（二）淡水魚類生態學研究。簡要說明如下︰
（一）魚類分子系統學研究︰主要是利用粒線體(mitochondria)DNA的定序以及微衛星（Microsatellites）標誌的方法，進行淡水魚類系統演化與動物地理學的研究。由於台灣高山島上河川各自獨立出海的現象，導致各水系淡水魚類的隔離非常清楚，因此長期以來生物的演化均和地理環境有密切的關係。加上台灣過去與大陸之間的斷斷續續相連的地使關係，使得島上的淡水魚類相有不同時期的播遷和擴散情形。由於過去我們在台灣各地有過非常詳細的野外調查資料，已經掌握了大部分淡水魚類的分布情形，同時也有基本的傳統分類學形態比較資料，因此約略窺見台灣各地淡水魚已經有相當程度的分化現象。然而在形態上比較無法做到客觀的量化比較。然而隨著分子生物技術的進展，同時也隨著分子鐘與分子演化理論的成熟，利用分子訊息來探討生物之間的遺傳演化已經非常普遍了。也因為如此，在過去的教學期間，陸續的帶領研究生進行各項的淡水魚類分子系統學的研究，也已經得到初步的成果如下。
在研究生林思民的碩士論文上，主要是對於台灣重新發現已經瀕臨絕種的青將魚進行研究，其結果發現其為台灣所特有的種群，同時也證實此種群和日本的種群完全不同，而是和中國大陸的浙江地區有較近的類緣關係，這項資料剛好補齊了全世界這種魚類的動物地理學上的缺憾，同時也為台灣瀕臨絕種的野生動物提供分子系統的詳實研究。
在林勇欣的大學專題研究報告中，係以台灣和大陸所產的極樂吻蝦虎魚為材料的分子系統學研究，其結果證實人類的放流與養殖行為，對於這種小型淡水魚類的播遷有非常大的影響。也在這一項研究工作中，由於多次前往大陸採集標本，因此也發現一個淡水蝦虎魚的新種，命名為頰紋吻蝦虎魚(Rhinogobius genanematus)，在1998年發表於動物學研究期刊之中。
隨後林勇欣在碩士般的研究裡，主要以世界產鰻鱺科魚類的分子系統學為題目，其研究結果不僅發展出以分子技術，可以鑑定以往無法用形態學鑑別非常有經濟價值的鰻苗種類，同時解決了許多養殖鰻苗貿易上的糾紛，同時藉由收集全世界各種鰻魚的樣本，已經建立出本科魚類的類緣關係圖，同時也逐漸了解這一科魚類的系統演化與分布情形。目前這項研究工作正在擴大進行之中，預定再增加不同基因分子定序的資料之後投稿。
由於台灣高山產的櫻花鉤吻鮭是法定的保育類動物，也是瀕臨絕種的冰河時期孓遺生物，本實驗室不僅受託進行其族群監測的工作，同時藉由累積現地收集的死亡魚類標本，以分子系統的比較去了解台灣的特有族群目前的遺傳多樣性狀況，同時探討台灣與日本相近種群之間的類緣關係。其結果在研究生王昱人的論文中顯示，台灣產的櫻花鉤吻鮭是一個特有的族群，和日本各地產的種類有明顯的遺傳差異。但是在遺傳多樣性的研究上，卻發現目前此種魚類的基因已經有嚴重均質化的現象，主要是和棲地嚴重的被破壞有關。這些研究結果直接被運用到櫻花鉤吻鮭的保育政策之上，對於台灣瀕臨絕種的動物保育工作而言，已經開創了另一個里程碑。
蓋斑鬥魚也是台灣另一種法定的保育類動物，由於這一種的棲息地都極為狹小，同時也因為具有觀賞價值而有養殖與貿易的行為，過去本實驗室也受委託鑑定農委會轉送法院取締的案件，因此有必要針對不同地區的族群進行鑑別，以了解各地族群的遺傳特性，以做為保育與生物地理研究上的參考。此項結果在研究生王子元的報告中發現，本省各地產的蓋斑鬥魚雖然遺傳差異甚小，但是也可以明顯的發現各地族群均有特殊遺傳標記，同時和大陸所產的物種也有明顯的差別。其結果對於未來此種瀕臨絕種保育類的動物復育與放流工作上可以當做重要的參考，可以避免任意的放流而保護原有特殊基因型的族群，同時也可以提供鑑別養殖或是進口物種的參考。
研究生王子元目前正在進行的平鰭鰍科魚類的分子演化工作，不僅已經對於此科魚類的分子系統演化，已經有相當大量的資料與清楚的輪廓，對於台灣淡水魚類的起源與物種演化的了解都有十足的幫助。目前正在進行的工作裡，對於台灣各地平鰭鰍科魚類的詳細分子排序分析，將可以和形態學的研究資料相互配合，預計可以對以往在形態分類具有存疑的種群加以釐清，以初步的結果而言，台灣淡水魚類將還會有新種的發表。
除了魚類的研究之外，本實驗室也和中央研究院動物研究所劉小如博士合作進行台灣特有種烏頭翁粒線體DNA基因組定序之研究，目前已經完全定序結束，其結果正在分析與撰寫報告之中。
（二）淡水魚類生態學研究；此項主要是針對台灣現在最缺乏的洄游性淡水魚類的生態研究為重點，由於過去台灣淡水魚類的洄游研究限於經費短缺以及技術不足的情形之下，所知生態習性甚少，也因此對於重要的淡水魚類生態保育工作影響甚巨。我們實驗室有幸在台灣東部秀姑巒溪進行野外調查時，發現台灣現存數量最龐大的洄游性魚苗資源，同時也得到當地居民與主管機關的支持，進行了數年的洄游魚苗生態與資源的詳細研究，除了得到相當多的生態資料陸續發表之中，同時也配合政府的保育政策，將原有傳統阿美族魚陷阱捕魚販售的行為，成功的轉型為生態觀光，並推動當地居民成立生態保育協會，積極進行各項河川生態保育的工作。在這項工作之中，也陸續得到許多單位的贊助，將研究時的記錄影帶整理發行，前後總共出版「小蝦虎歷險記、小小魚兒要回家、夢幻之魚和台灣黑熊奇遇記」等錄影帶，廣受社會大眾的歡迎。
在進行秀姑巒溪洄游性魚苗的研究時，得到台大動物系曾萬年教授的指導，習得魚類耳石的分析技術，對於台灣魚類洄游性魚類的成長與洄游生態有非常成功的應用。目前除了對於許多以往無法了解的洄游性魚類生活史已經有詳實的研究，例如研究生劉傑輪所進行的鱸鰻初期生活史研究中，發現鱸鰻的魚苗資源不僅豐富之外，每年更有兩季主要的產卵與來游期，這是世界上首次發現有這樣奇特的生殖生態的現象. 同時也藉由耳石的分析，可以知道鱸鰻是出生115天左右才由產卵場洄游到東部海岸，其結果對魚未來探討鱸鰻的產卵場與保育，以及開發此種重要保育類動物為養殖或是放流工作，都有非常重要的價值。也因為有耳石的分析技術，研究生蕭仁傑對於洄游性蝦虎魚的初期生活史研究，已經有相當多的突破性結果，例如可以知道蝦虎魚類幼苗在淡水出生之後，降海到沿岸中生活一個月（大吻蝦虎魚）或是七個月（日本禿頭鯊），之後再溯河進入淡水河川之中。同時也在野外的統計調查裡，掌握了蝦虎魚苗溯河的行為機制，也因此促成各項生態保育工作的進展。
在耳石研究之中，由於實驗室也有分生技術的基礎，因此在去年發現可以利用蛋白質脢K處理耳石日輪的方法，隨即發表在英國的魚類生物學雜誌(Journal of Fish Biology)之上，不僅被審查專家認為是在這方面研究上很久以來難得的技術發展，同時出版後也廣受各方注目，相信未來此項耳石處理的新技術，將會給這個研究領域帶來更多正面的影響。這些耳石相關的研究結果在1998年六月於挪威舉行的第二屆國際耳石研討會上發表，並受到相當多的注目。
由於有洄游性魚類的生態基礎，因此對於台灣河川生態保育工作極為重要的生態工程，也是我們實驗室關心的重點。過去除了積極對於台灣各地所設魚道設施進行過相關的調查之外，也積極設計可以在台灣各地利用的簡易式魚道，實驗結果相當令人滿意。目前除了積極和日本相關專家合作之外，也開發一些新的魚道設計和引進最新的觀念，相信未來可以對台灣河川生態工程有幫助。
本實驗室協助國家公園等主管機關進行多年的櫻花鉤吻鮭族群監測工作，除了提供經營管理的策略之外，同時也在該地發現河川水質與環境的改變，導致冰河時期孓遺生物為何無法順利生存的問題機制。目前掌握該地多年水溫詳細的變化資料，同時也有長期的族群變動資料，加上目前正在進行的生物性實驗結果，預計可以對於環境變遷影響生物的生存與分布機制上有突破性的發現。
目前也在執行新竹頭前溪基礎河川生態調查, 除了建立基本生態資料之外, 也發現罕見的毛蟹溯河的行為, 同時了解到這種重要迴游姓生物的障礙, 除受到大眾傳撥媒體的重視之外, 也正在積極的研究改善之道. 這些研究工作雖然不見得都能夠立即投稿到國際學術期刊之中, 但是也因為有這些研究經驗, 可以應用在地方生態保育工作之上, 例如協助新竹華邦與椰城社區等生態保育團體, 成功的對抗中油違法破壞科子湖溪生態的環境影響評估審查工作就是一個例證.