生物信息学家展示了第一张微观宇宙地图

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。但这些因素中的每一个的确切贡献都很难预测。一个德国-荷兰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。在耶拿大学和乌得勒支大学的Bas E. Dutilh教授的带领下，研究人员在本期《自然生态学与进化》杂志上提出了这种“社会生态位广度”方法，并用它来绘制第一张“微观宇宙地图”。

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定居，有时是在极端条件下。根据这些生物如何适应这些生态位中的特定环境条件，生态学家将它们归类为“通才”或“专家”。虽然通才可以应对广泛的环境条件，但专家只有在非常特殊的情况下才能成长。

“研究这种不同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，”Bas E. Dutilh教授博士说。到目前为止，这主要是基于主观环境参数完成的，这几乎不允许对利基进行无偏见的量化。

因此，来自耶拿大学卓越集群“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，其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。这是有效的，因为微生物群落迅速适应环境，因此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导

在他们的研究中，研究人员分析和量化了来自世界各地的不同微生物样本的数千个宏基因组数据集。“我们发现，在大多数栖息地，通才占主导地位，”Dutilh说。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中，专家可能会占上风，因为他们更适应特定条件。但他们发现，相互竞争的通才可以增长得更快，从而在利基市场获得主导地位。

“不过，对于通才来说，这是命中注定的;要么他们成功，要么不成功。这使得它们在场时变化很大。专家在他们的利基市场更稳定，尽管丰度很低。

还有一个研究人员没有预料到的结果：通才的基因组并不是特别大。“这是以前假设的，因为代谢灵活性被认为通常需要更大的基因组，”Dutilh报道。但事实证明，生态位范围和基因组大小之间的相关性更为复杂。

“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，例如动物相关的微生物组，专家们的基因组相对较小。在土壤等高度生物多样性的栖息地，专家的基因组要大得多。

通才的基因组比专家的基因组更具可变性，基因在进化过程中来来去去。这使他们能够通过水平基因转移整合来自其他生物的遗传信息，从而迅速适应当地的生态位。“我们还看到了与通才基因组中的水平基因转移相关的特定功能，”Dutilh说。

与专家相关的功能更加多样化，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线索，”Bas E. Dutilh确信。