微宇宙的详细地图：微生物生态位

　　是什么定义了微生物的栖息地——生态位?它是温度、湿度和营养成分等环境因素的组合。但是这些因素的确切作用是很难预测的。一个研究小组通过确定哪些微生物生活在一起，重新定义了微生物生态位。

　　

无论是在温泉、人体肠道还是深海中，微生物几乎在地球上的每个地方都能定居，有时还会在极端条件下生存。根据这些生物如何适应这些生态位中的特定环境条件，生态学家将它们分为“通才”或“专家”。多面手可以应付各种各样的环境条件，而专才只能在非常特定的环境下成长。

Bas E. Dutilh教授说:“研究这些不同的微生物策略的一个关键问题是如何首先定义微生物生态位。”到目前为止，这主要是基于主观的环境参数，这很难对生态位进行公正的量化。因此，耶拿大学卓越集群“微观宇宙平衡”的生物信息学家与乌得勒支大学的研究人员一起使用了一种新颖的数据驱动方法来描述微生物生态位，在这种方法中，物种群落本身被认为是决定性的环境因素，而不是外部栖息地条件。这是因为微生物群落能迅速适应环境，所以它们的组成反映了所有环境因素的总和。

大多数微生物栖息地由通才主宰

在他们的研究中，研究人员分析并量化了来自世界各地不同微生物样本的数千个宏基因组数据集。Dutilh说:“我们发现，在大多数栖息地，多面手占主导地位。”研究人员最初对这一发现感到惊讶，因为他们认为在当地的利基市场，专家可能会占上风，因为他们更能适应特定的条件。但他们发现，与之竞争的多面手可以发展得更快，从而在利基市场占据主导地位。“不过，对于多面手来说，这是偶然的;他们要么成功，要么失败。这使得他们在他们面前非常多变。专家在他们的生态位更稳定，尽管丰度很低。”

还有一个研究人员没有预料到的结果:多面手的基因组不是特别大。Dutilh报告说:“这是以前的假设，因为代谢的灵活性通常被认为需要更大的基因组。”但事实证明，生态位范围和基因组大小之间的关系更为复杂。“我们发现了两种截然不同的进化策略:在当地生物多样性相对较低的栖息地，比如与动物相关的微生物群落，专家的基因组相对较小。在土壤等生物多样性高度丰富的栖息地，专家的基因组要大得多。”

通才的基因组比专才的基因组更多变，基因在进化过程中来来去去。这使得它们能够通过水平基因转移整合来自其他生物的遗传信息，从而迅速适应当地生态位。Dutilh说:“在多面手的基因组中，我们还发现了与水平基因转移相关的特定功能。”与专家相关的功能要多样化得多，通常与非常具体的代谢过程有关。与通才不同，专家的基因组在进化上是稳定的。

“总之，我们的分析为整个微生物生命树的微生物生态位范围策略提供了新的和意想不到的启示，”Bas E. Dutilh确信。

Journal Reference:

1. F. A. Bastiaan von Meijenfeldt, Paulien Hogeweg, Bas E. Dutilh. A social niche breadth score reveals niche range strategies of generalists and specialists. Nature Ecology & Evolution, 2023; DOI: 10.1038/s41559-023-02027-7