发现物种共存的新机制

代表物种共存的抽象艺术。

来自Amolf（阿姆斯特丹，荷兰）和哈佛大学（美国）的研究人员展示了有机体如何移动的能力如何在稳定生态系统中发挥作用。在本文（2月19日）发表于今天的论文中，他们描述了“搬运工”和“种植者”之间的竞争如何导致其两种类型的细菌可以继续彼此存在的平衡。

我们对我们的星球生态系统的威胁非常熟悉：全球变暖，森林火灾，氮沉积，生物分子衰退，甚至群众灭绝。但实际上，生态系统稳定或脆弱？是什么可以防止一个物种甚至所有其他物种，因此让他们灭绝？

显示在细菌（红色和蓝色）之间的实验的动画片循环殖民营养斑块（绿色）。

这些问题已经达到了达尔文以来的生物学家。我们了解到，物种之间的食物网和合作是这种难题的关键作品，因为它们有助于解释种类如何彼此依赖于彼此生存。现在，来自荷兰和美国的一群生物物理学家已经提出了令人惊叹的发现：有机体的积极运动也可以推动生态系统的普遍性和稳定性 - 通过一个不需要食物网或合作的非常简单的机制。

“运动是基本上所有的生物 - 即使是植物均由种子分散移动，”阿姆斯特丹公共研究所的桑德晒黑说。“众所周知，细菌正在积极移动。我们的实验表明，这种运动如何使不同的细菌物种保持不同的细菌种类，通常在较大的人群中一起被称为菌株。有一种丰富的文献，可以在这种物种的这种共存中运动的可能作用，但缺乏可以排除其他解释的直接实验。

共存悖论 - 什么可以防止竞争激烈的世界中的灭绝？

找到可能在实验室中形成最小稳定生态系统的细菌物种，ph.D.学生Sebastian Gude从同一个动物的肠道上拍了两种（也称为菌株）。如果两者都在那里幸存下来，也许他们也会在他的实验中这样做。为了追随他们的竞争，他彩色了一个蓝色和另一个红色。但是，他的第一次尝试一开始就失败了。两种菌株中的一个总是在长大时失去竞争，这些细菌总是产生比另一个的后代更少。因此，这种蓝色的“失败者”应变将被红色的“获胜者”应变偏差，最终被灭绝。

当稀有的时，将细菌菌株A和B显示为另一个，并且因此共存。

然而，在改变实验的设计时，Gude的运气戏剧性的启动。他采取了含糖的液体，细菌通常成长，并将其变成凝胶，让人想起果冻甜点。当蓝色的“失败者”细菌在这种凝胶上生长时偏出的红色时，他们开始产生更多的后代，而不是红色，因此赢得了。但反过来，红外也变得更加竞争。以这种方式，两个菌株被灭绝，因此共存在一起。这些结果强调了共存辩论的基本悖论：什么导致失败者接近灭绝突然开始获胜？

竞争结束后凝胶的细菌种群荧光显微镜。

为了解决这一难题，普通通过制作电影进行比赛。“结果非常引人注目，”汤姆·索米兹说。“我们看到将群体迁移到凝胶中，就像波浪一样，在那里他们乘以他们遇到的糖。最初，红色主导了扩张，蓝色几乎没有看到。但是，红色的进步突然停止 - 就在出现的蓝调并且被看到超过红色的前线，在那里它们只形成薄层。之后，波是蓝色的。因此，蓝色细菌可以在凝胶的更深区域中单独增殖，从无法达到该凝胶的竞争中释放出来。这也解释了共存：每当蓝色很少见时，他们就可以在凝胶的深层地区积聚他们的人口。“

我应该传播还是应该成长？

但蓝细菌是如何组织自己的，有效地限制红色？它们是否用彼此发出或分泌毒素，就像一些细菌一样已知？在试图解决这些问题时，团队发现了一个相当不同的机制。蓝色细菌确实在增殖方面严重，因为他们在直接竞争中丧失了。但他们通过更快地迁移来补偿。首先到达更远的地区，他们可以完成当地的糖。因此，他们在那里没有机会给出了红色，因此可以阻止他们的前进，有点像被灼热的地球策略。

晒黑：“一些细菌显然擅长增殖，其他细菌在迁移时擅长。但他们不能擅长两者。这是有道理的，因为这两个活动都花了很多能量。经常观察到这种专业化，尽管对共存的影响往往难以证明。在这里，我们可以操纵遗传工程迁移和增殖的能力，并仅显示它足以共存。因此，本身不需要更换食物纤维网中的毒素或依赖性等机制。“

骚乱生态学

在现实世界中，课程的细菌不能依赖遇到牛油碗离开冰箱。幸运的是，他们不需要，因为新鲜营养素的原始牧场会产生比一个人可能期望的更频繁。就像森林火灾后殖民清除土壤的植被一样，许多细菌在资源补丁上生长：从风弗内特果实到分解动物，或者 - 对于那些居住的微生物的微生物 - 你刚吃的午餐。Shimizu：“我们证明了动机细菌中的这种迁移增殖机制。但是，我们发现的是，例如，促进了植物生态学模型，快速生长的植物与投资更多种子种子的植物竞争。“他补充说，有很多关于更复杂的情景。“对我们现在知道的人体肠道中的细菌的肤色有很多兴趣，由于现代DNA分析，与我们的健康密切相关。我们的研究结果表明，看着肠道内的运动基因及其空间分布可能有助于解释一些普遍性。“

参考：Sebastian Gude，ErçaýPinçe，katjam.Taute，Anne-Bart Seinen，Thomas S. Shimizu和Sander J. Tans，199220年2月19日，Inne-Bart Seinen。
10.1038 / s41586-020-2033-2