地球微生物組的互聯特征

近日，浙江大學徐建明教授團隊通過分析地球微生物組計劃大數據，構建了全球微生物共存網絡，通過對其“社會關系”的分析，首次揭示了地球多種環境中微生物組間的互聯模式。該研究成果近日發表在《微生物組》。

如何更好認識微生物的特性，過去科研人員常常在微觀尺度挖掘其具體特性，但有時如同盲人摸象，只能看到局部。就像人類社會，光是知道一個人叫什么名字，是無法了解人類社會的全貌，要知道人與人之間的關系才能更好描述。

厘清不同生態系統中微生物的復雜交互作用關系，具有兩大挑戰。一是超過95%的微生物無法人工培養，進而無法通過實驗法一一甄別；二是上萬種微生物之間存在幾億對相互關系，面對這樣的海量數據根本無法通過傳統的實驗開展研究。

與此同時，采用統一采樣、測序、分析的全球最大標準化環境微生物組數據庫的建立，為中外科學家研究確定了豐富的數據資源。

浙大科研人員從大數據中找到微生物之間的規律，并通過這種規律構建起一套統計模型進而篩出相互規律。

由此，徐建明團隊通過綜合分析全球多種生存環境（土壤、植物、動物、水體等）中的微生物組數據，構建了全球微生物共存網絡。“通過這張網絡，我們對微生物的關系能夠更看清，為進一步理解運行機制提供了前提。”

隨著同一個生態系統內微生物關系的明確，浙大科研人員進一步研究跨界的互聯表征。他們發現相同關系越多，連線越粗，也意味著有共同的相互作用。這就反應出不同生態系統之間，微生物關系與交往。

“這項研究告訴我們要從系統角度認識事物，加深了對地球微生物重要性和多樣性的認識。”徐建明介紹，整體社會關系網絡的相似性，反應潛在的交流的強度。土壤和淡水的關系，比土壤和咸水的關系要大。這很大程度上在于水的循環作用和影響程度。

地球微生物組中不同生境中的微生物組都有緊密聯系，并可依據關聯特征可劃分為不同的子網絡。根據子網絡間的相似性，可進一步將子網絡分成兩組。值得注意的是，土壤微生物組與動物表面、動物腸道和淡水微生物組有密切關系，而植物、動物體表的微生物是連接兩組子網絡的橋梁。

“如果只是從微生物群落組成的角度進行研究，有時候常常不能真正認識微生物組運行的內在機制。”論文第一作者、浙江大學環境與資源學院研究員馬斌告訴《中國科學報》，所有的微生物是相互關聯的，不能割裂開來去理解。例如要知道腸道微生物組，其實也要研究環境對其的影響。

相關論文信息：https://doi.org/10.1186/s40168-020-00857-2