ISME J：入侵时间对合成细菌群落入侵效果的影响

文摘 2024-11-26 09:03 瑞士

微生物群落在自然界中扮演着重要角色，从维持人类健康的微生物组到支持农业的植物微生物群，甚至在工业废水处理中的应用，它们无处不在。为此，研究人员一直在探索如何设计或调控这些群落以实现预期的功能。然而，一个主要的挑战是，当这些设计好的微生物群落从实验室环境转移到更复杂的自然环境时，它们往往会面临生态入侵，导致组成和功能的改变。这种现象也体现在益生菌的应用中，当它们未能成功入侵和在宿主微生物群中定植时，可能无法提供预期的健康益处。

生态学家早已认识到，高多样性的群落通常对入侵具有更高的抵抗力，这归因于两个主要机制：资源利用和采样效应。更高多样性的群落倾向于更高效地占据生态位和利用资源，使得潜在入侵者难以找到空闲的生态位空间。同时，高多样性也增加了群落中出现直接竞争者的机会，这些竞争者能有效地阻止入侵者。然而，这种多样性和生产力之间的关系并不能完全解释抵抗入侵的现象，因此有必要进一步研究这些机制在不同时间节点如何影响群落对入侵的响应。

本研究旨在通过实验方法来探讨细菌群落组装过程中不同时间点的入侵对群落组成和功能的影响。研究使用了合成的细菌群落和三种不同的入侵者，研究了它们在三个关键时间节点进行入侵时的结果：

初始入侵（T0）：在群落组装初始阶段加入入侵者。
早期入侵（T1）：在组装开始后24小时进行入侵，此时群落仍在动态变化中。
晚期入侵（T7）：在组装7天后进行入侵，此时群落已趋于稳定状态。

研究结果表明，入侵在高丰富度的群落中较难成功，尤其是在群落组装初期时，入侵者更难以持久生存。尽管如此，即使未成功定殖的入侵者也可能在被排除后对群落的最终组成产生持久影响。这种影响在群落仍处于动态变化阶段时尤为显著。

主要研究结论：

入侵成功率与群落的初始丰富度呈负相关，即群落越多样化，入侵成功的可能性越低。
在群落组装早期阶段进行的入侵对群落组成的影响最大，这些阶段的群落由于动态变化而更容易受到入侵。
尽管许多入侵未能成功持久，它们仍可能对群落的最终组成产生显著和长期的影响

研究还发现，资源利用效率和群落多样性与入侵成功率之间存在关联。具体来说，资源利用效率较低的群落更易于被入侵，而这与群落的丰富度呈负相关。此外，在群落中生物的遗传距离也是影响入侵成功的因素之一，入侵者与群落成员间的遗传差异越大，成功入侵的概率越高。

研究意义：本研究强调了微生物群落在不同组装阶段对入侵的抵抗力变化，揭示了群落多样性和资源利用效率在入侵成功率和影响中的作用。这一发现对微生物群落的生态学研究和相关应用，如人类健康、农业生产及工业微生物管理，具有重要启示。

微生物生态 iMcro

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