Trends in Ecology & Evolution：动态性宿主微生物组的成本和收益

文摘 2025-01-02 09:01 瑞士

在自然界中，所有生物都携带丰富的微生物群，这些微生物群与宿主之间的关系至关重要。宿主微生物群不仅在维持健康、促进免疫、防御病原体以及调节代谢等方面发挥重要作用，还展现出显著的动态变化，例如随季节、每日周期甚至短时间内的波动。这种动态性为宿主适应环境变化（如饮食和气候的变化）提供了可能性，同时也对宿主资源和调控能力提出了挑战。微生物群的动态性需要宿主付出代价，通过免疫系统等机制维持其稳定性并避免失调。然而，关于微生物群动态性对宿主健康和适应性的影响，目前的研究数据尤其在自然环境中的纵向数据依然有限。因此，这篇文章从进化生态学的角度，探讨微生物群动态性可能带来的适应性优势以及其在维持健康和功能过程中对宿主的资源需求和权衡。

1. 微生物群动态性

宿主微生物群具有显著的动态性，受到季节、日常周期甚至短时间间隔的影响。这种动态性不仅体现为微生物群的丰度和组成的变化，还包括它们的功能适应性。例如，肠道微生物群在摄入不同食物后会迅速调整以优化能量获取。尽管动态性能够帮助宿主应对环境变化，但这种灵活性同时要求微生物群具备恢复能力，从而在外部扰动后能够回归到功能平衡状态。

2. 动态性与宿主健康的平衡

稳定的微生物群在宿主健康中扮演关键角色，其抵抗力和恢复力直接关系到宿主的生存能力。然而，动态性和稳定性之间并非对立，而是共存的特性。微生物群的稳定性包括对外界干扰的抵抗（如免疫屏障作用）以及在受到扰动后的恢复能力（如生态系统的弹性）。高频的动态性可能使宿主更容易受病原体入侵的威胁，因此宿主必须调控微生物群以维持其功能完整性。

3. 动态微生物群的成本

维持动态微生物群对宿主来说是一项消耗资源的过程，尤其是在控制潜在病原体和维护有益菌之间的平衡时。免疫系统在这一过程中发挥重要作用，但同时也需要大量的能量和营养支持。例如，宿主在抵御病原体入侵时可能触发代谢响应，从而减少资源分配到生长和繁殖上。这种资源分配的权衡可能直接影响宿主的整体适应性和繁殖成功率。

4. 动态性与适应的潜在益处

尽管维护动态性有一定的代价，但在环境变化迅速或不确定性高的情况下，这种动态性可以为宿主提供显著的适应优势。例如，肠道微生物群的组成在季节性变化中迅速调整，帮助宿主适应不同的食物来源。一些研究还表明，动态性可能增强宿主对新环境的适应能力，例如通过调整微生物功能以获取新资源或增强免疫功能，这对宿主的生存具有重要意义。

5. 研究建议与挑战

文章指出，纵向研究对于理解微生物群动态性对宿主健康和适应的影响至关重要。然而，在野外环境中开展长期和高频采样具有较大挑战，特别是自然群体中的个体追踪和样本收集的复杂性。因此，作者建议结合实验室研究的可控性和野外研究的真实生态背景，设计创新的采样和实验方法，以揭示动态性与宿主适应性之间的长期联系。

6. 未来研究的问题

未来研究需要进一步探索动态性与稳定性之间的平衡机制。例如，不同物种或宿主个体可能对动态性有不同的依赖程度，这可能受到寿命、免疫系统复杂性以及生态环境的影响。此外，不同器官的微生物群动态性可能与其功能直接相关，例如肠道微生物群与代谢适应性关系密切，而生殖道微生物群可能更多参与免疫保护。这些研究将有助于全面理解微生物群的动态性如何塑造宿主的适应性和进化策略。

微生物生态 iMcro

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