这篇文章讨论了微生物系统中代谢过程的空间自组织现象，特别是在细菌生物膜中。细菌通常生活在高密度、空间结构化的社区中，这种高密度使得细胞能够改变局部的微环境，而有限的移动性则导致物种在空间上有序分布。文章回顾了导致微生物系统中代谢过程空间组织的机制，探讨了影响代谢活动在空间上排列的因素，以及这种空间组织如何影响微生物社区的生态学和进化。
主要内容
酶和化学物质的空间排列：
单一物种系统中，酶的空间排列主要由基因调控网络和局部微环境的反馈回路决定。
多物种系统中，物种的空间排列增加了酶排列的约束，物种的生物地理分布和化学物质的排列之间存在强烈的反馈。
代谢反应的空间耦合：
代谢反应在空间上的分布使得社区的整体代谢活动取决于这些反应在空间上的耦合效率。
代谢物的交换可以通过直接细胞间相互作用（如细胞膜孔、纳米管等）或通过环境中的扩散来实现。
影响化学物质空间排列的因素：
细胞密度、营养物质的摄取速率和扩散速率是决定化学物质在空间上排列长度尺度的重要参数。
外部环境的物理和化学特性也会影响化学物质的空间排列。
讨论
文章讨论了代谢活动的空间组织对微生物社区生态学和进化的重要影响。例如：
解决代谢不兼容性：通过将不兼容的代谢反应分隔在不同的空间位置，可以解决由反应产物引起的抑制问题。
增加环境变化的适应性：代谢活动的空间组织可以增加表型变异性，从而提高社区或克隆种群对环境变化的适应能力。
增加物种多样性：化学物质的空间异质性可以促进不同物种的共存，增加生态系统功能。
调节种间相互作用：空间结构可以调节社区内物种之间的相互作用，影响生态和进化过程。
文章指出了未来研究的关键问题，包括代谢活动空间组织的进化、最优原则、单一和多物种生物膜的差异，以及如何在自然系统中研究空间组织等。
