在一系列的实验中，科学家们展示了不同的微生物物种是如何影响彼此的种群动态的，这取决于它们结构环境的因素，如复杂性和大小。一些细菌在多样化的群落中茁壮成长，而另一些则更喜欢独自生存。一个让这两种生物都能过上最好生活的自然环境，将会带来最强水平的生物多样性。

土壤提供了这种最佳的混合住房环境，你的厨房海绵也一样。

杜克大学的生物医学工程师说，他们的研究结果表明，使用细菌来完成清理污染或生产商业产品等任务的行业应该考虑到结构环境。这项研究结果发表在2月9日的《自然化学生物学》杂志网络版上。

细菌就像经历过疫情的人一样，有些人很难被隔离，而另一些人却能茁壮成长。我们已经证明，在一个物种之间既有积极互动也有消极互动的复杂群落中，存在一种中等程度的融合，将最大限度地实现整体共存。”

微生物群落在整个自然界中以不同程度的混合。土壤为不同的人口提供了许多角落和缝隙，他们可以在没有与邻居太多互动的情况下生长。叶子顶部的小水滴也是如此。

但是，当人类将许多细菌物种一起扔进一种无结构的黏稠物中，以生产诸如酒精、生物燃料和药物等商品时，它通常是在一个盘子中，甚至是一个大桶中。在他们的实验中，You和他的实验室展示了为什么这些工业努力开始采取一种结构性的方法来生产努力可能是明智的。

研究人员对大约80种不同的大肠杆菌菌株进行条形码编码，以便追踪它们的种群增长。然后，他们在实验室的生长板上用各种组合方式将细菌混合在一起，这些细菌有各种各样的潜在生存空间，从6个大水井到1536个小水井。大井模拟了微生物物种可以自由混合的环境，而小井模拟了微生物物种可以自我封闭的空间。

不管栖息地大小如何，结果都是一样的。由少数物种开始的小井最终演变成只有一两个菌株存活的群落。同样地，那些开始时拥有广泛生物多样性的大水井也在实验结束时只剩下一两个物种。

“少量的食物确实伤害了那些依赖于与其他物种相互作用而生存的物种，而大量的食物则消灭了那些遭受这些相互作用(孤独者)的物种，”You说。“但中间分配允许微生物群落中幸存者的多样性达到最大。”

研究结果为研究不同细菌群落的研究人员提供了一个框架，让他们开始测试什么样的结构环境最适合他们的研究。他们还指出了为什么厨房海绵是微生物如此有用的栖息地。它模仿了健康土壤中不同程度的分离，提供不同的分离层与不同大小的公共空间相结合。

为了证明这一点，研究人员还用一块普通的家用海绵进行了实验。结果表明，它是一种比他们测试过的任何实验室设备都更好的微生物多样性培养器。

“事实证明，海绵是一种非常简单的方法，可以实现多级分配，提高整体微生物群落，也许这就是为什么它是一个非常脏的东西——海绵的结构只是为微生物创造了一个完美的家园。”

Journal Reference:

Feilun Wu, Yuanchi Ha, Andrea Weiss, Meidi Wang, Jeffrey Letourneau, Shangying Wang, Nan Luo, Shuquan Huang, Charlotte T. Lee, Lawrence A. David, Lingchong You. Modulation of microbial community dynamics by spatial partitioning. Nature Chemical Biology, 2022; DOI: 10.1038/s41589-021-00961-w