自然通讯:揭示微生物生存“饥饿游戏”的新进展

来源：北京大学2022-01-19 12:45

《自然通讯》 (Nature Communications)在线发表了环境科学与工程学院温东辉教授、清华大学杨云峰教授、美国俄克拉荷马大学周纪中教授的最新研究成果《营养供给控制着社会基础与经济内部的联系》

《自然通讯》 (Nature Communications)在线发表了环境科学与工程学院温东辉教授和清华大学杨云峰教授的论文。俄克拉荷马大学周纪中教授的最新研究成果“营养供给控制海洋细菌群落中物种基础与经济相互作用之间的联系”报告了影响微生物群落中优势种或稀有种分化的生物和非生物因素的研究结果。

环境中微生物群落物种多样性极高，但优势种(即高丰度种)较少，且多为相对丰度小于0.1%甚至0.01%的稀有种。一般来说，优势种和稀有种在营养策略和环境适应性方面差异很大，但对生物和非生物因素如何调节群落中不同物种的丰度还没有明确的认识。在多年杭州湾微生物生态学研究的基础上，温东辉课题组对全球243个近岸沉积物(富营养化环境)和139个海洋水体(富营养化环境)的微生物多样性进行了对比研究。发现海岸沉积物中的优势种多为共养型，rrn基因拷贝数高，生长速度快，是微生物群落中的“机会主义者”。海洋中的优势物种多为寡养动物，rrn基因拷贝数低，生长速度慢，能够高效利用有限的资源维持生命进程，是微生物群落中的“马拉松选手”。通过构建分子生态网络，发现在富营养化环境中，快生细菌“数量占优势”，慢生细菌“被竞争排除”。然而，在寡营养环境中，微生物更倾向于通过“群体合作”来缓解资源限制，维持生命过程。为此，研究者提出了以环境营养供给、个体生长策略和种间交互作用为核心的“饥饿游戏”假说。为了验证这一假设，研究人员进一步建立了不同营养供给水平的微宇宙模拟实验系统，证实了营养供给对不同战略微生物的选择及其相互作用的影响。饥饿博弈假说融合了环境选择理论、增长率假说、进化博弈论、生态位构建理论，对现有的生态理论和假说，如压力梯度假说进行了扩展和延伸，清晰地解释了生物和非生物因子协同调节微生物优势/稀有物种多样性构建的生态机制。

环境科学与工程学院2019级博士研究生戴天骄(现清华大学环境研究所博士后)为论文第一作者，文东辉、杨云峰为通讯共同作者。本工作得到了国家自然科学基金(项目编号。41825016、51938001、42007291)，重点研发；科技部d计划(项目编号。2019YFC1806204)和清华大学“水木学者”项目。(100yiyao.com)

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