论文题目：Cooperative growth in microbial communities is a driver of multistability

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48521-9

期刊名称：Nature Communications

从地球生化循环到人类健康，微生物群落在整个生态系统中都发挥着至关重要的作用。微生物群落可以表现出多稳定性（multistability），即在相同的环境下，微生物丰度可能达到不同的稳定状态，但目前多稳定性背后的驱动因素尚不明确。近期发表在Nature Communications的一篇研究提供了机制方面的解释，揭示了合作生长是微生物群落多稳定性的基础。

研究组构建了一个包含六种物种的跨界微生物群落模型，这些物种包括常见的共生菌和致病菌。实验显示，在相同的初始条件下，该群落最终可以稳定地进入四种不同的稳定状态，每种状态分别由一种物种主导。对这六种物种的两两竞争实验表明，所有的物种对均表现出双稳定性，即初始占优的物种会通过排他性增长压制另一物种。

传统观点认为，双稳定性通常由强竞争驱动，研究者提出，这种现象还可能由合作生长机制引起。通过培养基交换实验和生长率测量，研究发现一些物种间存在明显的合作行为。例如，某些物种的代谢产物能促进其他物种的生长。此外，物种种群生长模式也有差异，部分物种表现出 Allee Effect，即当种群密度低于某一阈值时，生长率显著下降，研究者通过建立理论模型，发现这种正密度依赖特性进一步驱动了双稳定性和多稳定性的形成。

为进一步揭示合作生长的作用，研究者在培养基中添加可以削弱 Allee Effect 的物质：谷氨酸。结果表明，谷氨酸的加入降低了双稳定性的出现频率，并最终减少整个群落中的稳态数量，六种物种的群落从原来的四种稳定状态减少到两种，从而验证了合作生长在多稳定性形成中的关键作用。

综上，本文通过结合实验和理论建模，深入探讨了微生物群落的多稳定性现象，揭示了合作生长在其中的核心作用。未来的研究可以进一步验证这些机制在更复杂生态系统中的普遍性，为人类健康和生态系统管理带来更深远的影响。

彭晨 | 编译

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