微生物群落表现出高营业额

当马克吐温着名说“如果你不喜欢新英格兰的天气，只需等几分钟，”他可能没想到麻省理工学院的研究人员会将他的评论应用于他们的微生物研究。但是一项新的研究正是如此。

麻省理工学院的一个团队利用新英格兰海岸的水样发现，尽管沿海环境条件变化很快，但微生物群落能够形成。生物群落通常被定义为在某一地区生活和相互作用的生物群，执行重要的生态功能，例如森林中的所有生物。然而，在海洋中，水不断移动，使得回答构成社区的问题变得更加困难。

麻省理工学院的研究人员利用新颖的分析技术表明，相互作用的微生物群落形成但却是短暂的。它们仅在几天后达到峰值丰度，随后被另一个社区所取代。按照森林类比，想象一周之后回来并找到完全不同种类的植物和动物居住在同一地区。

这种迅速的转变让研究人员感到震惊，类似于吐温的话：“好消息可能是，如果你不喜欢微生物群落，只需等待几天，”他们在论文的结论中讽刺，发表于Nature Communications。

“我们对微生物群落 - 海洋中微生物的组合 - 如何随时间和空间变化的了解相对较少，”麻省理工学院土木与环境工程(CEE)教授，该论文的相应作者Martin Polz说。“人们已经走出去，在不同的地方采样，所以我们开始了解更多关于全球多样性的信息，但是当你去某个特定的地方并问：'它是如何随着时间而变化的?'我们实际上知之甚少。“

为了填补这一空白，Polz和研究团队在马萨诸塞州Nahant的Canoe Cove收集了为期三个月的每日海洋水样。

研究人员，包括Broad研究所的研究生Brian Cleary和麻省理工学院的计算和系统生物学项目;前CEE博士后Antonio Martin-Platero;CEE博士后Kathryn Kauffman;前CEE博士后Sarah Preheim;Eric Alm，土木与环境工程与生物工程教授;Polz;Woods Hole Oceanographic Institution的Dennis McGillicuddy分析了这些样本。

在他们的分析中，研究人员考虑了水运动的时间和空间方面，例如来自洋流。该研究是在夏季和秋季之间进行的，与预期相反，该团队发现社区形成不一定会因季节性转变而发生变化，而是遵循每隔几天的例行程序。但这并不是说季节性变化不会影响社区的形成。

“温度本身就是构建社区的一个重要因素，但仅仅是每个季节进行一次抽样以了解本赛季的情况是不够的，”波尔兹说。“社区周转速度远远快于此，这表明生态条件正在同样快速的时间尺度上发生变化，因为生物体会对物理和化学变化做出反应。”

仅仅几天之后，社区中大量特定微生物急剧下降，这表明它们可能正在与其他微生物竞争生存资源。这表明，虽然化学和物理学控制着整个社区的更新，但在社区内，生物相互作用会导致物种丰度的更快速波动。

“我们认为[快速的社区变化]基本上是由海洋物理学决定的。我们分析了化学和物理数据，对于其中一些事件，我们可以确定一个特征性的上升期，当富含营养的深水被输送到地表并刺激一组微生物，“波尔兹说。“我们还查看了测量温度和叶绿素的卫星数据，我们看到海洋中发育的特征与这些群落相对应。物理学确实设定了引发这些群落开花的化学和温度状态，但物理变化可能也是因为水不断移动，不同的水体混合，形成其他局部特征。“

与Alm及其实验室合作，研究人员还创建了一种新算法来分析样本并对基因进行测序，以更全面地了解微生物群落的模式和行为。Cleary解释说，使用该算法，研究人员根据微生物在整个时间序列中的波动情况来寻找微生物之间的关系。

“在一个环境中有微生物在周围波动，但我们显然没有直接观察到[微生物]对之间的合作或竞争相互作用，我们并没有直接观察到可能与养分状况相对应的低频变化， “Cleary说。“通过我们的算法，我们可以从不同频率级别的波动推断出整个社区结构。”

研究人员的研究结果还提供了对该地区更多永久性生物体作为微生物浮游生物更新所面临的条件的见解。全面了解海洋中的微生物行为可以为人类健康，渔业和水产养殖提供信息，特别是通过监测水质。

“这篇论文代表了我们对流体环境中社区集会的力量知识的重大进展，并提供了大量新信息，以支持新的假设驱动的研究，以支持这种复杂关联的具体机制，”杰克吉尔伯特说，芝加哥大学微生物中心的教员，没有参与这项工作。