2023年8月25日，浙江大学胡宝兰解释团队在Nature Communications上发表最新研究后果(Zhao et al., 2023, Nat Commun)，用一个爱慕的发现支合手了微生物互作研究中的新不雅点：微生物互作关系受所处环境的影响，极点环境条目会促进微生物的合作。这一不雅点为国际微生物生态学中的一个关键问题提供了新的回答，这个关键问题是：在天然微生物群落中，微生物更偏疼合作照旧竞争？

胡宝兰解释团队的研究在国内环境微生物畛域引起了正常商榷。基于可培养技能的微生物互作关系研究，天然是国际上的热门问题，但在国内却相对小众。手脚这一畛域内的责任者，开心地发现国内已有许多学者热心这个畛域的中枢问题。于是迫不足待想和国内同业们共享一下，最近几年国际学界中围绕这个问题发生的一系列爱慕的故事。

这篇博文将全程探讨上述关键问题的争论经过（包括一些文件综述和国际会议上学到的内容）、爱慕的学术八卦，以及笔者的个东说念主想法。由于个东说念主水平有限，文中可能存在不熟谙的念念考，恳请读者品评指正。鉴于篇幅较长，建议储藏后分几次阅读。这篇博文的写稿也受到北京航空航天大学杨军解释的饱读励，在此特等感谢。

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“恩仇”之始

恩仇的主角之一是牛津大学的Kevin Foster解释，他一直是微生物互作研究畛域的焦点东说念主物。在2012年发表在Current Biology的一篇论文中，他和帝国理工学院Thomas Bell初度实践探究了“微生物更偏疼合作照旧竞争”的问题。他们从山毛榉的“树洞”均分离出72 株细菌，定量分析了这72株菌的两两互作关系。在180个实践探究的成对组合中，仅有2个组合推崇出合作关系，而其他178个组合中，两菌的内卷导致合座出产力下落。由此，这篇著作给出了一个突破惯例直观的论断：竞争，而非合作，是可培养微生物物种之间的主要相互作用(Foster and Bell, 2012, Curr Biol)。

著作挑战了大多数微生物研究者的普遍直观，即微生物之间正常存在着合作关系，因此激起了微生物研究者们的商榷，一些学者对该研究设施建议了质疑，主要逼近在两个方面：(1) 惯例的分离设施会不可幸免地富集快速滋长、竞争力强的微生物，而忽略那些滋长慢、依赖合作滋长的微生物，使研究完毕呈现对竞争关系的偏向性；(2) 微生物群落是手脚动态合座，72株菌的互作可能仅代表了时间动态中的某一丝。其实，这篇著作还是勇猛幸免了这些质疑。举例，研究以山毛榉树叶裂解液为培养基，更好地模拟了天然条目；这些“遥远雨池塘”在山毛榉树根部是相对领略的环境。但是，要颠覆一个树大根深的直观，这些设想昭着还不实足。

此外，这篇著作还有一个紧要孝敬——建树了诓骗培养技能浮松微生物互作的金圭表。Kevin团队在2013年发表的一篇综述中对此进行了转头(Mitri and Foster, 2013, Annual Review of Genetics, Vol 47)。这个圭表通过比较两株微生物在共培养和单独培养中推崇出的出产力（正常用细胞数或生物量手脚出产力盘算推算，不外2012年的那篇研究是以CO2开释速度为表征），完毕分为11种不同的情形，从而界说6种不同的互作关系（图1）。特等地，合作是指共培养中两菌的出产力齐比各迟滞单独培养中高，而只有有一方在共培养中的出产力低于其在单独培养中，就界说为竞争。

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图1 通过两株微生物两株微生物在共培养和单独培养实践界说其互作关系的“金圭表”。图改编自(Mitri and Foster, 2013, Annual Review of Genetics, Vol 47)的图5A。

对微生物合作干系研究“猖獗开炮”

可能受2012年著作的启发，Kevin在随后的研究大齐以“竞争”为主题，旨在质疑微生物合作的普适性。他的不雅点主要分为以下四类（图2左）：

（1）合作可能会裁汰群落的出产力。在2014年发表于《PNAS》的一篇著作中，Kevin团队以Lotka-Volterra模子（研究互作关系的经典模子），引入了微生物进化生命周期的见地，并假定蓝本自主的微生物会发生基因丢失，从而与别的微生物造成合作互补关系(Oliveira et al., 2014, P Natl Acad Sci USA)。模拟完毕标明，合作可能是一种倒霉的进化政策，原因包括基因丢失导致的微生物功能下落和合作团体出产力的下落，这不合乎天然选拔的逻辑。但是，笔者在2021年的一篇《ISME Journal》著作中，基于访佛假定但不同的模子，得出了相反的论断（Wang et al., 2021, Isme J）。更严谨的数学描摹是，Kevin团队研究发现，合作关系能领略演化的参数域较小，而笔者的研究自大了较大的参数域，标明合作的演化并非那么困难。主要区别在于笔者热心了更细的生态学参数和更长的时间圭表。笔者的研究发现，在很厚情形下，合作团体的出产力是提高的，因为每个个体付出了更少的合座代价且减少了资源的花消。可见，研究假定和体系的选取，对于论断有着很紧要的影响。

（2）合作种群之间的相互依赖，合作任一方的灭绝均会导致群落的崩溃，因此合作是一种高风险政策。上述PNAS著作中，合作不易演化的另一个紧要原因是：合作使细胞依赖于可能不在近邻的物种，一方的惟恐灭绝可能导致整个种群的崩溃(Oliveira et al., 2014, P Natl Acad Sci USA)。不外在笔者的研究发现，在较长的时间圭表下，合作个体总能有缘与伙伴相见，一朝相见便能不离不弃，造成领略主导群落的团体(Wang et al., 2021, Isme J)。更有影响力的一篇责任是Kevin团队2015年发表于Science的一篇著作。诓骗与上述PNAS著作十分相似的模子，Kevin团队探究了互作关系网罗中的合作与竞争关系的占比对群落领略性的影响(Coyte et al., 2015, Science)。研究完毕指出，当群落中的互作关系以竞争为主时，群落的领略性和各样性更高（“A high diversity of species is likely to coexist stably when the system is dominated by competitive, rather than cooperative, interactions”）。这是因为合作一方的品貌裁汰，往往会拉低其他合作方物种的品貌，从而破损系统的领略。因此，即即是增多群落内的合作故意于提高合座出产力，它亦然以裁汰生态领略性为代价的。

（3）“骗取者”（Cheaters）导致合作崩溃。这是一个跳跃百年的研究议题，是指合作群体中会出现不管事但只诓骗群体“全球资源”的“骗取者往往具有选拔上风，终将导致合作群体崩溃。因为“生物之间正常存在着合作关系”的合座直观，大多数早期研究齐热心合作关系如何幸免被骗取，这一标的的研究被称为“社会演化学”（Social evolution）。其实Kevin早期也在从事这方面的研究，利于微生物体系建议了一些不雅点(Mitri et al., 2011, P Natl Acad Sci USA; Xavier et al., 2011, Molecular Microbiology)。但在2012年后，他的研究主题更偏向竞争，可能因为他觉得如果合作不普遍，这一问题的研究就失去了意念念。一个八卦是，同在牛津的Stuart West是社会演化学的研究大牛，Kevin和他关系要好，他们齐很确信亲缘选拔学说（Kin-selection）。

（4）（也由于以上这些原因导致）合作在天然界中不是普遍的。Kevin团队最近的研究主要热心生物被膜（Biofilm）中的微生物竞争，所谓的“细菌干戈”（Bacterial warfare）。生物被膜是指微生物通过分泌的团聚物基质伙同在整个的名义附着或目田飘浮的微生物细胞群。生物被膜是微生物在天然环境中生计的主要神色。在2016年的一篇Nature Review Microbiology的综述中，Kevin团队建议，不同微生物种群如果在生物被膜中阻止散播，则个体周围齐是它的“亲戚”，则天然选拔正常故意于合作，因为个体分泌的故意物资会匡助支属，即亲缘选拔（Kin-selection）。但是，当不同物种在生物被膜内空间混杂时，个体主要与其他基因型相互作用，此时种间竞争与拮抗会更普遍(Nadell et al., 2016, Nat Rev Microbiol)。这一不雅点隐含一个引申，因为天然环境中不雅察到的生物被膜大多齐是多物种空间混杂的，因此竞争是更普遍的。天然文中莫得径直建议这一不雅点，但Kevin通常在学术会议中提到这个引申，这个引申为他近期研究主题，“Bacterial warfare”，提供了紧要支合手。这些研究中热心微生物个体如何用各式火器蹙迫别的个体，以及如何驻防蹙迫，营造了一种微生物群落是“浓烈战场”的氛围（一些典型文件：(Booth et al., 2023, bioRxiv; Booth et al., 2022, bioRxiv; Granato and Foster, 2020, Curr Biol; Granato et al., 2019, Curr Biol; Granato et al., 2023, Isme J; Niehus et al., 2021, Elife; Palmer and Foster, 2022, Proc Natl Acad Sci U S A; Smith et al., 2020, Plos Biology; Smith et al., 2023, Nat Rev Microbiol)）。

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图2“竞争派”与“合作派”两位大牛团队的主要不雅点

恩仇：捍卫“合作”，对“竞争”的反击

既然是恩仇，天然就会有对立面，Kevin的对面站着的是德国奥斯纳布吕克大学的Christian Kost解释，他是坚硬的“合作”珍贵者。爱慕地是，上述四个炮轰合作的不雅点并不是笔者转头的，而是来自Christian在2022年洛桑ISME18大会上的讲解提纲（图3A）。在此次讲解中，Christian通过对我方课题组多年研究的梳理，对Kevin建议的四个不雅点进行了详实的驳斥（图2右）。Christian团队的研究主要以大肠杆菌氨基酸症结突变株为花式，构建合成微生物群落：群落中正常包含两株不同的氨基酸症结株，造成相互依赖的专性合作关系（图3B）。

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图3 Christian团队的不雅点和研究体系。（A）Christian在2022年洛桑ISME18大会上的讲解提纲。（B）Christian团队研究的花式群落：大肠杆菌氨基酸合作互营合成群落。（C）微生物合作从功能自主个体演化而来的全经过见地图，改编自(D'Souza et al., 2018, Natural Product Reports) 的图7。

驳斥（1）：通过妥当性演化，合作不错增多群落的出产力。支合手这一不雅点的两项比较紧要研究是(D'Souza and Kost, 2016, Plos Genetics) 和(Preussger et al., 2020, Curr Biol)。研究1以自主型的大肠杆菌启航进行实践演化（Experimental evolution）研究，演化2000代以后，总共谱系均演化出了氨基酸症结性，这些症结性推崇出比先人菌株更强的妥当性，呈现出一定的合作性质，表示合作不错增多群落出产力。研究2以东说念主工构建的氨基酸交换合作群落为肇始，实践演化150代后，群落雷同取得了比先人更强的出产力水平；演化后的细胞提高我方能出产氨基酸的产量，合作伙伴还造成了空间聚团，这表示了合作取得更高出产力的原因是个体更专一于我方稳健的功能，且合作伙伴之间的磋磨变得更紧密了。这些发现被转头在2018年的一篇综述中(D'Souza et al., 2018, Natural Product Reports)，文中建议了一个齐全的见地模子，描摹了微生物合作是如何从功能自主的个体演化而来，包括从自主个体造成相互依赖关系，进而发展为出产力更高的领略合作关系。一个八卦：研究1和综述的一作Glen D'Souza与笔者面前同在一个课题组从事博士后研究，是个科研很牛又相配Social的年老。好多恩仇遗闻，笔者是从他那儿听到的。

驳斥（2）：合作是一种故意于群落领略的政策。Kevin团队对于合作不利于领略的论断是基于生态学模子，Christian团队也用一篇生态模子的著作进行了恢复(Oña and Kost, 2022, Ecology Letters)，研究发现，与Kevin的不雅点相背，特定的网罗拓扑和群落成员之间的合作交叉互养故意于群落对抗生态烦躁。照旧那句话，模子假定和体系的选取，对于论断有着很紧要的影响——这篇著作对合作交叉互养的机制进行了很细巧的假定。Christian也用实践完毕对Kevin的不雅点进行正面恢复：如果合作伙伴老是聚团生活在整个，合作就阻截易单独灭绝而导致群落崩溃。在上头提到的实践演化研究中，合作群落演化出了聚团（aggregate）活动(Preussger et al., 2020, Curr Biol)，在后续的研究中更发现了他们演化出了生活史特征（aggregate与disaggregate瓜代，数据未发表），这让合作伙伴能更好地生活在整个。

驳斥（3）：空间结构不错有用抑制“骗取者”对合作的破损。Christian团队在Acinetobacter baylyi与Escherichia coli成了氨基酸互养的合作关系中，引入了两种氨基酸齐不可出产的“骗取者”(Pande et al., 2016, Isme J)。共培养实践标明，“骗取者”在无空间结构的液体培养中会导致合作崩溃，但在空间结构化环境（琼脂名义）不会。模子和实践标明，在空间中合作家和“骗取者”的自愿进行了空间分离，从而领略了合作关系。严格来讲，这篇责任是Wenying Shou老诚（面前责任于伦敦大学学院，但这篇著作是在她在Fred Hutchinson癌症研究中心责任时间发表）2013年一个责任的重叠(Momeni et al., 2013, Elife)，不外Shou老诚用的是酿酒酵母的访佛体系。值得一提的是，在上头提到的实践演化研究中，Christian团队也在进化后聚团合作群体里加入了“骗取者”，合作聚团也推崇出了抗争“骗取者”的特色。

驳斥（4）：（也由于以上这些原因）合作在天然界中是普遍的。因为Christian团队主要基于东说念主工合成的微生物合作群落开展研究，故其论断在天然环境中的普适性总被诟病。Christian团队的研究责任近期缓慢向天然微生物群落回荡。已发表的两篇责任由其博士后Samir Giri主导(Giri et al., 2021, Curr Biol; Giri et al., 2022, ISME Communications)。这两项研究将4株基因敲除取得的氨基酸合成症结株，与环境均分离的25株代谢自主型细菌两两配对，不雅察它们是否能造成代谢调换关系。Current Biology的责任指出，63%的组合齐能造成领略的互作关系，且两菌系统发育关系互异越大，越故意于互作关系的造成；ISME Communications的责任指出，在40% 的配对中，养分症结型受体和代谢自主型供体在共培养中齐取得了权贵的滋长上风，即“++”的互利关系。天然严格来讲，这种单向的代谢调换不可界说为合作，但这些完毕表示基于代谢调换的合作在天然群落中其实是容易造成的。Christian团队的博士生Ghada Yousif在近期的国际会议中，还讲解了他们正在进行泥土样品中的氨基酸合成症结株分离和配对研究，完毕标明这类基于代谢调换的双向合作其实亦然普遍的。

情仇：两个团队间的相爱相杀

讲了这样多学术，底下来讲一丝八卦。

两个畛域大牛在不雅点上如斯对立，那当他们同期出面前一个国际会议中，要如何相处？事实上，Kevin和Christian从未在归并个学术会议上出面。会议的组织者也齐知其中缘由，造成了一种默契：当邀请一位作Keynote Speaker时，就不会再邀请另一位。举例，Kevin手脚Keynote插足了旧年10月的Embo workshop: Molecular mechanisms in evolution and ecology和本年7月的GRC Microbial Population Biology，但Christian未出席这两个会；Christian插足了去掉8月的ISME18和本年7月的Bageco 2023，这两个会议也未邀请Kevin。特别念念地是，笔者手脚Oral Speaker鉴识插足了旧年的Embo workshop和本年的Bageco 2023，且讲解位次均在两位大牛之后，天选的恩仇斡旋剂？哈哈。

天然，两位大牛不见面，不代表他们的团队成员不参会。以上提到这几个会上齐有对方团队成员插足且作讲解。这时，一方大牛向另一方团队成员发问往往成为会议的焦点，因为大多数东说念主齐知说念两边的恩仇。但是，这些发问并不像期待的那样舌剑唇枪，大牛们并不会质疑不雅点，而更侧重于对实考根据的严谨性发问，还会很友善地建议修改或补充实践的建议。

在同业评议经过中，两边保合手这种作风。因为研究标的访佛，两边团队通常互审稿件，但并不会因为不雅点不同而建议拒稿。相反，审稿意见更多地热心于研究自己的数据严谨性，建议骨子的修改建议，有助于对方晋升研究质料（若你问笔者如何知说念的，笔者在两边课题组齐有线东说念主，哈哈）。笔者觉得，这恰是同业评议应有的作风，不是以批判的心态，而以晋升稿件呈现的最终质料为想法，瞩目研究动机的充分性、逻辑的严谨性和数据分析的可靠性。至于研究论断是不是有翻新性（novelty）和流量（general interest），应由裁剪去评判。如斯这般，严谨的研究责任会越来越多，尽管不雅点可能会大相径庭，但各抒所见才是学术发展的良性环境。

总之，两个大牛课题组的不雅点对立并莫得导致学术资源的花消，而是股东了更多高水平的研究，也培养了许多了得的东说念主才。许多大牛课题组出来的年青学者也不一定袭取原来雇主的不雅点，有一些造成了我方新的不雅点，有一些之间还建树了很好的合作与私东说念主关系。

从团队恩仇到国际大商榷

旧年5月，Kevin团队在Science发表了一篇不雅点著作，题为“细菌很少整个责任”（“Bacterial species rarely work together”）(Palmer and Foster, 2022, Science)（小编注：原文翻译可径直浏览本公众号历史内得意https://mp.weixin.qq.com/s/D3UlImdV6d735FuDUupgNg）。这篇著作的不雅点主要基于6篇研究论文——这些论文均接管金圭表实践设施，对来自6个不同环境中微生物进行分离培养和互作关系浮松(Gould et al., 2018, P Natl Acad Sci USA; Kehe et al., 2021, Sci Adv; Ortiz et al., 2021, Isme J; Piccardi et al., 2019, P Natl Acad Sci USA; Venturelli et al., 2018, Molecular Systems Biology; Weiss et al., 2022, Isme J)（图4）。Kevin团队指出，和2012年那篇山毛榉的“树洞”的著作一样(Foster and Bell, 2012, Curr Biol)，这些完毕齐自大竞争，而非合作，是微生物之间的主要互作关系。尽管Kevin团队一直以来对微生物合作的普适性合手含糊作风，但这是他们初度以如斯径直的标题强调在天然界中微生物之间少量存在合作，马上引爆了整个微生物生态学界。这篇著作的发表，启航点催生了上文提到的Christian在ISME18（旧年8月）在讲解中，从四个角度强势恢复Kevin的不雅点。不仅是Christian团队，畛域内的许多有名学者也下场发声。在某特上，著作引起了极高的商榷度，以下是一些代表性不雅点的纲领。

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图4(Palmer and Foster, 2022, Science) 中对于6篇研究论文中实考根据的转头，图片来自于著作原图。

刚劲反对派：

Roland Hatzenpichler（蒙大拿州立大学）：“研究设想意外念念，论断不可幸免地存在偏差。如果您在选拔培养基上阻止培养微生物后尝试在共培养微生物，那么它们协同责任的可能性天然很小。令东说念主骇怪的是这种昭着的偏见莫得被发现。为什么能发表在Science上？我的不雅点并不论断是无理的，而是得出论断的研究设想无法进修领先的问题。”

Glen D'Souza（苏黎世联邦理工，前边提到的同实践室年老）：“确乎很爱慕。但对'根据’极为怀疑。此外，从选拔性配对研究的角度看待相互作用曲直常有偏见的。还有，咱们需要对随即把一切齐放在合作阵营照旧竞争阵营吗？”

Alex Crits-Christoph（加州大学伯克利分校，Jill Banfield组）：“'但是，黄金圭表是单独和整个培养物种，并径直测量它们对相互的影响’。不：相反，根据界说，这是一种针对给定养分环境的技能，而况确切不可用来往薪金杂环境的问题！”

Rachel L Harris（哈佛大学，Peter R. Girguis组）：“这篇著作的标题失当。更合适的说法是'细菌种类很少在富养分化环境中整个责任’。无数研究标明，贫养分环境（举例深层生物圈）中存在正常的微生物代谢互养。”

柔软商榷派（几位大牛的指摘，Christian在某特上莫得出场）：

Jonathan Friedman （希伯来大学，原麻省理工Jeff Gore组博士后，笔者很可爱这个转头陈词！）：“一言以蔽之，我同意大多数负面的指摘，而况应该更多地强调它们，特等是在高能见度的场面（指某社媒）。但是，为显现解哪些微生物在什么条目下会相互作用，咱们不应该觉得这种设施的发现是无关紧要的、有偏见的。相反，咱们应该将它们与具有互补上风和局限性的设施伙同起来。诡辩和品评是科学经过的一个构成部分。但不管微生物之间是否存在正向的相互作用，让咱们尝试让这些诡辩和品评在科学家中普遍存在，即使在某特上也如斯。”

Alvaro Sanchez（原耶鲁大学，现马德里大学）：“我觉得，当咱们议论互作时，如果咱们界说一下咱们到底在议论什么，将会很有匡助。在细胞/分子水平上，一个细胞开释一种被另一个细胞拿获的分子。或者一个细胞吸收了一种分子，这意味着第二个细胞也无法吸收它。由于无数这样的分子/细胞整合，咱们得到了群体水平的影响（一个群体对另一个群体的涌现性的影响）。面前，还不太显现这些是否是成对的，因为它们从成对的细胞内出现的面容很复杂。......咱们应该严慎对待如何将它们与分子/细胞机制磋磨起来。”

Seppe Kuehn（芝加哥大学）：“对于相互作用相配有意念念的商榷。谢谢Jacob和Kevin的写稿！接着Jonathan Friedman和Alvaro Sanchez指摘。Alvaro提到以更清醒的面容界说互作。我想补充一丝，在选拔界说时，明确界说一个想法是有用的：咱们是否试图筹画/适度品貌动态？代谢流？宿主反馈？根据咱们的想法，咱们的描摹水平险些确定会很紧要。在某些情况下，有用的相互作用可能会说明作用，而在其他情况下，微不雅身分更紧要。对于什么类型的互作最常见——计划到可培养性、偏好性等许多老是，我不显现咱们如何知说念咱们何时得手回答了这个问题。这个臆想中的分母是可变的。”

Sara Mitri（洛桑大学）：“可爱商榷并嗅觉有必要加入！这是我的🧵：启航点，我觉得东说念主们过于热心咱们看到正向与反向互作的出现频率，相反，咱们应该问咱们何时期许看到更多正向与反向互作！该论文中有一些谜底：物种各样性应该增多反向互作，恶劣的环境促进正向相互互作。另一条警戒法律解释来自(Kehe et al., 2021, Sci Adv)：不可单独滋长的物种很可能会受到能单独滋长的物种的促进。这突显了定量相互作用时的环境依赖性，天然，如果咱们使用培养实践，咱们势必会产生偏见，因为滋长介质将决定哪些物种不错单独滋长。”

笔者不雅点：这篇著作的根据存在两个值得商榷的地点。

第一，设施代表性。6个研究中有5个所探究的互作关总共在100个以下，有2个致使只作念了10个和6个，数据量太小，是否具有代表性？剩下的1个笔者觉得是里程碑式的研究：使用麻省理工开采的高通量kchip设施(Kehe et al., 2019, Proc Natl Acad Sci U S A)，探索了7600个可能的互作关系(Kehe et al., 2021, Sci Adv)。这篇著作的论断是“存在正向相互作用在可培养细菌之间是普遍的”（“Positive interactions are common among culturable bacteria”），仿佛是一个支合手合作的论断。但著作的通信作家Jonathan Friedman专门在某特上解释到他们发现的Positive interactions主如果指寄生(Parasitism，+-)和偏利共生(Commensalism，+0)关系, 而非可界说为合作的互利共生(Mutualism，++)。其实，这个完毕中合作（“++”）和竞争（“--”）齐莫得主导，竞争只在数目上后起之秀。

第二，环境依赖性。6个环境中有4个齐是肠说念。肠说念微生物自己难培养，且正常被觉得是富养分的环境，并不可代表其他环境，特等是像海洋、淡水这样的养分贫困环境中的情况。从给出的这6个完毕来看，4个肠说念环境和2个环境样品的互作情况还是自大出昭着的互异。

恩仇何解？

在国际大商榷以后，竟然更多国际学者齐加入到了这个问题的研究之中。

对于“设施代表性”的问题，其实kChip和Jonathan的著作还是给出了很好的措置有盘算推算。kChip每天不错支合手10万个微生物互作对的共培养实践，使高通量的微生物互作实践成为可能(Kehe et al., 2019, Proc Natl Acad Sci U S A)。此外，该设施的门槛不高，还是被在一些实践室引入和应用（笔者实践室也还是引进）。天然，另一方面是微生物可培养性的挑战，这是一个遍及的设施学难题，学界一直在致力于措置。新的设施如原位培养、droplet等也在不休涌现和发展中。但是，不外提高微生物可培养性不是快餐，仍需要历久的蕴蓄和努力。

这里的“环境依赖性”的问题，是指当咱们在商榷互作关系条目时，应该计划这些微生物身处的环境。这个不雅点来自洛桑大学Sara Mitri解释。Sara曾于2010-2014年间在Kevin实践室从事博士后研究，是Kevin最情愿的博士后之一。她从2015回瑞士开展沉寂研究，中枢研究体系是从工业冷却剂和润滑剂（Metal working fluids）均分离的微生物并构建合成群落。特别念念地是，在她的2019年的第一篇奠基性责任中(Piccardi et al., 2019, P Natl Acad Sci USA)，4株微生物以润滑剂为唯独碳源时体现更多的正向互作关系（图5A）。于是她在国际会议讲解总会用这个玩笑，说我是Kevin组的博后，但是却从事着微生物合作干系的责任。但当她在培养体系中增多了别的养分息争毒剂，4株菌的关系由协助（Facilitation）回荡了竞争（Competition）。基于此，她建议困难的环境（Harsh environments）会促进微生物合作，而养分丰富的环境（Rich environments）中竞争更普遍（图5B-C）。这应该是初度基于实践数据建议这个不雅点。

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图5(Piccardi et al., 2019, P Natl Acad Sci USA)中发现微生物互作的“环境依赖性”。困难的环境下（以润滑剂为唯独碳源，MWF），四株微生物主要呈现正向互作（A）。添加氨基酸（B）或径直以氨基酸为碳源（C）模拟养分丰富环境中，四株微生物呈现更多负向互作。图片开头于原文图3A-C。

浙江大学胡宝兰解释团队的著手脚这个不雅点提供了更有劲的根据(Zhao et al., 2023, Nat Commun)。该研究的中枢发现是在高良善极点压力的条目下，细菌之间的互利共生关系会权贵增强。这一不雅点经过严谨的实践考证，涵盖了3008个细菌成对的共培养实践，其中互利共生关系占比高达39.1%，而竞争关系只占13.9%（图6）。这个责任的紧要翻新性在于，其浮松的互作不单是单向的正向互作关系（+），而是双向的正向关系（++），即互利共生（Mutualism），是毫无疑问的合作关系。比拟之下，之前Jonathan的著作东要以单向的正向互作关系为主，是以只可使用“Positive interaction”这样折中的术语。是以，这其实是“困难的环境促进微生物合作”在更大圭表下的严谨实考根据。

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图6(Zhao et al., 2023, Nat Commun) 通过3008个共培养实践浮松的堆肥环境下微生物互作关系。（A）37 ℃条目下的互作关系类型，其中互利共生（++）占33.8%。（B）高温（50 ℃）条目下的互作关系类型，其中互利共生（++）比拟于低温条目占比权贵增多，至44.3%。图片开头于原文图4C-D。

以上这些进展似乎让将来变得豁达：咱们只需要对针对不同环境样品，接管更高通量的分离设施和互作浮松设施，探究“环境依赖”的互作关系种类。而况还是有了一个清醒的假定：困难的环境促进微生物合作，而猖厥环境加重微生物竞争（“共患难不可同高贵”）。

但是，天边仍有乌云，还有许多被无情的身分。举例，以上主要热心了不同“环境”的横向互异，无情了在时间圭表上，微生物自身对环境的蜕变。近期，笔者所在实践室诓骗一个精巧的实践设想，标明在一次培养体系下（Batch culture），微生物互作是随时间动态蜕变(Daniels et al., 2023, Isme J)。在这个例子中，两株海洋细菌启航点进行正向互作，但在培养后期又回荡为竞争关系，是源于微生物分泌的代谢物对环境的蜕变。这也对互作关系浮松的金圭表建议了质疑——如果不计划时间序列，概况咱们只捕捉到一个片断或一个宏不雅的玄虚，并不可的确反应微生物复杂的微不雅互作机制（与Alvaro和Seppe的不雅点访佛）。不仅是时间，空间微环境的互异也可能引起互作的互异。这种对时空动态的依赖性被称为“高下文依赖性”（Context-dependency）。近期Sara团队应用数学模子对这一性质进行定量描摹，基于系统中潜在的代谢经过的假定，筹画体系中相互作用的时间变化(Oliver and Sara, 2023, bioRxiv)。是以，跟着研究的长远，旧的假定随时可能被推翻（举例，新的研究完毕可能并不支合手“共患难不可同高贵”的假定），会有新的假定和见地被建议，这恰是科学研究贪恋不舍之处。

笔者不雅点：除十分赞同上述不雅点外，笔者觉得微生物互作发生在个体水平上，但面前的金圭表其实只评价了种群A中的总共个体和种群B中总共个体的互作关系的玄虚，不可反应微生物之间真实的互作景况。同微生物种群（归并基因型）中的个体互异已被大宗不雅察到（经典综述，面前雇主的成名作之一：(Ackermann, 2015, Nat Rev Microbiol)），这种互异可能是不同个体所处空间微环境导致，也可能由于个体间自己的推崇型互异。因此，种群A中的a1和a2两个个体，可能与种群B中的b1和b2发生着不同的相互作用（图7A）。一个干系的根据来自笔者实践室在单细胞水平上的微生物互作研究(Dal Co et al., 2020, Nat Ecol Evol; Micali et al., 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences)：两个微生物种群的代谢合作可能只发生在两个种群的空间交壤地带，大宗处于种群里面的个体其实莫得与外部种群发生合作（图7B）。笔者面前也在开展个体单细胞水平的微生物互作研究。

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图7 微生物相互作用发生在个体水平上。（A）一个假定的情景：种群A中的a1和a2两个个体，与种群B中的b1和b2发生着不同的相互作用。（B）一个干系例子，代谢合作可能只发生处于种群的空间交壤处的个体（图中心扉较亮的个体）。图改编自(Dal Co et al., 2020, Nat Ecol Evol)的图2。

微生物更偏疼合作照旧竞争：为什么领路这个问题很紧要？

写了这样多，终于到了完毕的时候。用这样一个标题来完毕，是想共享一下手脚微生物互作研究者的感受，为什么要从事这个标的的研究，以及如安在责任中取得乐趣？

启航点，这个问题的谜底其实就在问题自己。探索未知的天然科常识题自己就是有意念念的。就像东说念主类领先毅力到老虎只吃肉，牛羊只吃草，而东说念主类什么齐吃，咱们也想知说念东说念主类偏疼什么食物？东说念主类的食性受什么影响？（确信好多东说念主和笔者一样，偏疼肉，哈哈哈）。访佛地，咱们也想知说念，在眇小的微生物宇宙中，它们偏疼内卷照旧合作共赢？

其次，领路这个问题，不错匡助咱们了解更深档次的问题。咱们更想了解，微生物的社会是如何组织的？一个微生物社会有若干物种？不同物种的“菌”口比举例何散播？它们通过什么样的关系纽带生活在整个？这样的关系纽带如何支合手这个社会的领略发展？这些问题的专科术语为微生物群落如何构建（Community assembly）？是微生物生态学最根柢的问题之一。近期，麻省理工学院的Jeff Gore团队在这个问题上取得了许多紧要的进展，成为了畛域“网红”。他们诓骗可培养的微生物群落建议了许多随性的微生物群落构建表面（一些经典文件：(Friedman et al., 2017, Nat Ecol Evol; Hu et al., 2022, Science; Lee et al., 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences; Ratzke et al., 2020, Nat Ecol Evol)）。不外，在Jeff团队使用可培养群落中，总共可培养微生物齐推崇为竞争关系，合乎Kevin的不雅点。但Jeff团队其实并不含糊合作关系在群落构建中的紧要性。举例，Jeff亦然Jonathan那篇著作的紧要作家；在最近的一篇《Science》著作中，尽管实践体系中莫得合作关系，但在模子研究中，他们雷同引入了正向互作关系，商榷了在不同互作网罗体系下的鲁棒性(Hu et al., 2022, Science)。这标明对微生物群落构建问题的领路基于对微生物互作关绑缚构的毅力，但对这一基础问题的毅力仍然有待深化。

第三，说完科学，还得讲一丝应用。从农业出产、食物发酵、环境保护到与径直影响东说念主体健康，微生物在东说念主类的出产生活中遥远饰演紧要变装。在总共这些应用场景下，微生物齐不是沉寂存在的，它们以一个社会（微生物群落或微生物组）的神色说明作用。通过纠正致使重新构建微生物群落，咱们有可能使其更好地奉行咱们所期许的功能，举例发酵出更厚味的食物、更好地保护咱们的生计环境、促进作物更好地滋长、协助调理疾病致使强壮体格。这种纠正必须建树在对微生物社会的长远了解之上，造成描摹微生物群落构建的表面体系。诓骗微生物群落构建旨趣纠正微生物社会，是面前一个很热的研究标的，叫“微生物组工程”（microbiome engineering）。笔者旧年与上海交通大学的许平、唐鸿志解释团队合作，从微生物组工程在环境保护方面应用的角度撰写了一篇综述，先容了许多学术见地(Hu et al., 2022, mLife)。手脚一篇博文，这里不再描摹更多学术细节，只是想强调，对天然科常识题的解答有助于咱们造成天然科学表面体系，表面又不错率领更好地诓骗天然资源，促进社会的可合手续发展。

临了，亦然最紧要的，研究微生物互作很爱慕。爱慕在于，微生物社会的组织与东说念主类社会组织高度相似。当咱们怀恨压力过大、内卷表象严重时，概况没猜度在咱们还是剖释的眇小社会中，微生物亦然以内卷为主。这激励咱们去探索那些未知的微生物社会，望望那些莫得内卷的微生物社会是如何架构的。咱们的社会能否模仿这种架构面容？另一方面，当咱们共同濒临困难时，东说念主们是不错合作一致的，这与微生物社会访佛，齐体现了“共患难不可同高贵”的风趣。甩掉的竞争不错引发更多的发展，但过度的竞争可能导致内卷和资源花消，从而裁汰合座出产力；甩掉的合作不错完满共同利益，但过度的合作可能会带来懒惰的“骗取者”，或因合作伙伴的溜之大吉而导致合座崩溃。究竟如何的社会关系组合更故意于社会的领略和出产力的提高？微生物互作研究为咱们提供了一些念念考的踪影。不可在东说念主类社会中实践考证的一些假定，诓骗微生物群落不错（这样说好像穷乏对生命的敬畏，舛误舛误！）。反过来，也不错将东说念主类社会中的旨趣应用于解释微生物社会中的表象。举例，笔者最近研究所热心代谢单干互作花式，即微生物也不错像工场活水线一样，由不同种群间的单干来完成一条代谢路线。笔者发现，与东说念主类社会一样，微生物单干活水线的领略开动依赖于利益的均匀分拨，所谓“不患寡而患不均”(Wang et al., 2022, Cell Reports)。也就是说，工资要与责任量相匹配，在这个研究案例中，“工资”指微生物可径直诓骗的养分，“责任量”是指它们所承受的代谢包袱。总之，在研究微生物社会的问题时，咱们既不错诓骗东说念主类社会学的表面来匡助领路，又不错将新的实践发现和表面假定应用于念念考整个东说念主类社会的发展结构。这种双向的念念考经过特等爱慕！

微生物互作是一个既具有科学意念念又具有正常应用价值，同期又贪恋不舍的研究主题。宥恕您加入咱们，共同探讨微生物社会和东说念主类社会中所共有的问题！

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作家简介：

王淼啸，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）博士后研究员，责任于Martin Ackermann解释和Olga Schubert研究员所率领的课题组。主要研究标的包括：微生物间相互作用机制特等生态学意念念，微生物群落拼装及演化机制，合成微生物组的感性设想与构建旨趣。在Cell Systems、Cell Reports、ISME Journal、mLife等期刊上发表学术论文16篇，其中第一或通信作家签字8篇（2023年前）。担任mLife杂志国外兼职裁剪；iMeta后生编委；ISME Journal、eLife、ISME Communications等杂志审稿东说念主。怜爱平地徒步，是瑞士最大的华东说念主户外徒步团体Crazy Hikers Zürich的领队之一。小红书徒步博主@一天成天旅行的科研🐶。

小编指摘：

这篇著作无疑引发了读者的浓厚意思，并引发了天然的反驳欲。著作的一个主要问题是，似乎现时的商榷过于聚焦于细菌，而忽略了微生物宇宙的各样性，包括真菌、古菌和噬菌体等其他微生物。这些微生物之间的相互作用于今还穷乏系统性的探讨，面前的争论大多仅限于细菌的合作与竞争。

事实上，小编在《Current Biology》上发表的一篇著作（Ruan., et al, 2022, Curr Biol）就从生物物理的角度报说念了真菌菌丝能够无视细菌间的互作关系，从而保管微生物的共存关系。这标明，只是探讨细菌间的竞争与合作关系是不足以全面解释微生物在环境中的生计政策的。咱们需要愈加全面和玄虚的研究，计划到微生物宇宙的各样性和复杂性。

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小编简介：

阮楚晋，瑞士联邦水科学与技能研究所（Eawag）和中国农业大学纠合博士后研究员。责任于David R. Jonhson研究员王钢解释的课题组。主要研究标的包括：微生物群落拼装及演化机制，微生物间相互作用机制特等生态学意念念，微生物群落功能的调控机制。以第一作家在Cell子刊Current Biology、Nature子刊npj Biofilms and Microbiomes、ISME Communications等国际有名期刊发表学术论文7篇，在微生物学报、微生物学通报和泥土学报等国内有名学术期刊发表论文4篇，并以合作作家发表的论文8篇（2023年前）。《泥土学报》后生编委；ISME Journal审稿东说念主。

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