《npj Biofilms and Microbiomes》：Environmental instability reduces shock resistance by enriching specialist taxa with distinct two component regulatory systems
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为探究微生物群落抵抗环境扰动的影响因素，研究人员以产甲烷生物反应器菌群为对象，研究历史环境稳定性对其生态现象及抗冲击性的影响。结果发现环境不稳定使群落更易受确定性组装影响，抗冲击性降低。该研究为理解微生物群落生态提供依据。
在微生物的微观世界里，各种微生物群落时刻都在与周围环境相互作用。微生物群落对环境扰动的抵抗能力，一直是生态学研究的重要课题。它不仅关乎全球生物地球化学循环，影响着生态系统的正常运转，还在环境生物技术、人类健康等多个领域有着举足轻重的作用。比如产甲烷微生物群落，它在碳循环中扮演着关键角色，也是厌氧消化等生物技术的核心。然而，不同的微生物群落面对环境扰动时的表现差异很大，有的能够保持稳定，有的则迅速崩溃。到底是什么因素导致了这种差异呢？这成了众多科研人员想要解开的谜题。
为了找到答案，来自爱尔兰高威大学（University of Galway）等机构的研究人员开展了一项深入的研究。他们的研究成果发表在了《npj Biofilms and Microbiomes》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从三个环境稳定性不同的膨胀颗粒污泥床（EGSB）生物反应器中采集颗粒污泥样本；然后，通过 16S rRNA 基因扩增子测序和宏基因组测序，分析微生物群落的组成和功能；最后，运用多种生物信息学分析方法，评估环境稳定性对微生物群落的影响。
下面来看看具体的研究结果：
理化数据 ：通过对不同反应器施加不同的干扰，并在最后施加有机负荷率（OLR）冲击，测量可溶性化学需氧量（sCOD）去除效率来评估反应器的抗性。结果显示，R1 对冲击的抗性最强，R2 次之，R3 最差，且 R3 在冲击后 pH 显著下降，sCOD 去除效率也未恢复到之前水平。同时，R3 的 α 多样性在冲击前显著高于 R1 和 R2。微生物群落时间动态 ：计算所有样本的局部贡献到平均 β 多样性（LCBD），发现 R3 的 β 多样性随时间变化更大，其微生物群落组成更不稳定。通过最近分类单元指数（NTI）和归一化随机比率（NST）评估群落组装的影响因素，发现所有反应器的群落组装主要是随机的，但 R3 在 OLR 冲击后确定性影响显著增加。生态和功能特性 ：研究人员分析了不同类型稀有分类群的贡献，发现没有条件稀有分类群，且 R3 中持久稀有分类群的贡献减少，其他稀有分类群的贡献增加。此外，R3 中 specialist 分类群比例更高，generalist 分类群比例更低。对宏基因组组装基因组（MAGs）的分析发现，R3 中与二组分调控系统（TCRS）相关的 KEGG 子模块更丰富，且 R3 在功能特征上与其他反应器存在差异。
在研究结论和讨论部分，研究发现不稳定的环境条件导致 R3 中微生物群落富含 specialist 分类群，具有独特的 TCRS，但对冲击负荷的抗性较低。冲击后，R3 的群落组装从随机过程转变为确定性过程，最终导致系统失效。而稳定的环境则使 R1 中 generalist 分类群增多，群落更具抗性。这一研究结果表明，环境稳定性对微生物群落的组成、功能和抗性有着重要影响，多样性本身并不能直接赋予群落抗性，而是群落的一些潜在生态或功能特性在起作用。这一发现为深入理解微生物群落的生态机制提供了重要依据，也为环境生物技术的优化和应用提供了新的思路，有助于更好地调控微生物群落，提高其在面对环境扰动时的稳定性和功能性。
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