微生物组的时序性研究 | 揭示海洋浮游生物群落的迅猛变化

众所周知，海洋浮游生物群落主要由多种细菌、藻类及原生动物构成，这些群落成员在时间及空间尺度上受到环境的胁迫。而一个基本问题是，是什么促成了这些微生物构成具有凝聚性的菌落。这种时间序列上的胁迫会造成怎样的群落变化？

科学家们通过确定不同时间频率上群体间的正负相关性，将群落划分为相互作用的不同模块单元，利用这种技术对连续93天观测的海洋样本进行时间顺序分析。

研究首先统计了展示了海洋浮游生物的动态变化特征：

基于16s及18s研究，共获得49637个OTUs，其中9660个OTUs存在时间超过10天，这些物种之间存在群落内的相互作用关系，被用于检测微生物群体在自然状况下如何形成动态相关性群落。从群落结构的动态变化分析中（下图）可以看出，在较高的分类级别（门到科水平），群落动态相对稳定，但细菌及真核生物群体中几乎每天都存在迅速的波动。

这就揭示了一个普遍性模式：尽管许多个体的OTUs在时间序列中倾向于保持较低的相对丰度，但它们经常表现出期限性的扩张，在此过程中它们的丰度会上升到一个相对较高的水平（下图）。

研究者于是提出了一种假设：

相互作用的微生物构成的群落会显示出OTU在较长时间内的协调扩张及快速波动，这种波动是由微生物之间直接的正负作用及环境胁迫因素驱动的。

进一步，研究者对急剧快速的群落快速进行研究发现：随着时间的推移，分类群之间的关联是由不同的OTU群具有高度组织性的构成，正如预期的那样，相互作用的生物群之间具有凝聚性表现。这些群体会发生迅速的变化，在几天内达到丰度峰值。而在长时间范围内，它们往往保持较低的丰度水平，只会出现偶发性的高丰度（下图a）。一些种群出现了相同的变化趋势（图a）,同样的伴随着环境因素随时间的变化（图b）。这种较长时期内的正相关表明，整个生态系统的变化选择了一致的生物群，可用于预测在较短的时间标度上的正负相互作用。

时间序列研究与不断变化的生态条件的检测相一致，是群落间分类的精细分化。利用时间序列信息可以进行群落的精细分类。从下图可以看出，密切相关的OTUS倾向于在不同的群落中达到高峰，这意味着群落生态型的分化，而一些更近相关的OTUs更频繁的与不同的群落关联。

最后分享来自原文献结尾的一句话：著名作家马克吐温曾经说过“如果你不喜欢新英格兰的天气，就等上几分钟”，一个好消息是——如果你不喜欢这样的微生物群落，就等几天好了~~