东喜玛拉雅研究院

科研成果

微宇宙的大发现！我院异质性-多样性关系研究获国际生态学专家盛赞

日期：2024-01-07

撰写: 徐世柳邓巍审校 : 杨晓燕

近日，我院微生态团队题为Temporal dynamics of the microbial heterogeneity - diversity relationship in microcosmic systems的研究论文在线发表于国际生态学经典期刊Oecologia。文章阐释了空间异质性增加、降低、先增加后降低生物多样性几种模式共存的机制，报道了微生物异质性-多样性关系（HDR）的时间动态变化。

文章向Oecologia投稿后收到了两位审稿专家的一致好评。审稿人1认为论文写的很好，想法非常新颖，实验设计也很棒（Overall, I thought this manuscript was very well written. The idea is novel and relevant. The experimental design is great as well）。审稿人2认为：本研究的研究体系是一个为解决生态学中重要科学问题而创建的很好的研究系统。通过时间和空间结构的多维度融合，提供了比对高级分类群（即动植物）进行观察性研究更深层次的洞察力。我很享受阅读这篇手稿，因为它对研究背后的所有思想和意图进行了详细描述。（This is a nice study system created to address a pertinent question in ecology. The multidimensionality incorporated via temporal and spatial structural changes provides deeper insight into HDR than is possible through observational studies of higher taxa. I enjoyed reading this manuscript, as all of the ideas and intentions behind the study are well described.）

到这里，相信你跟我一样好奇。是什么样的研究才能收获如此好评呢？让我们一起来了解这个故事吧！

生境异质性假说是生态学的一个关键理论，它认为生物和非生物条件的空间多样性（异质性）可以增加生态位的种类，从而允许更多物种共存，增加生物多样性。这种空间异质性与生物多样性之间的关系被称为异质性—多样性关系（HDR）。虽然HDR通常被认为是正相关的，但近年来的研究显示了不同的HDR模式。例如，过高的空间异质性可能导致生境破碎化，从而降低生物多样性，形成一个先增加后减少的驼峰型HDR。此外，还有研究发现了中性甚至负相关的HDR。这些发现挑战了生态学领域的一些基本共识，截至目前，关于HDR还存在较大争议，尚未发现统一的模式和机制。

为了探究微生物多样性与空间异质性之间的关系，我们的研究团队使用泡菜和培养瓶构建了微宇宙实验体系，在培养瓶上配置不同模式的光斑以模拟空间异质性，用高通量测序技术开展了研究。

图 1 生境异质性梯度设置示意图图中方形区域面积为6*6 cm，白色代表透光，黑色代表不透光。A-I组透光面积逐渐增大，为空间成分异质性组（Compositional heterogeneity，CPH组）；E，J-N组为透光总面积一致而透光斑块空间排布不同，为空间结构异质性组（Configurational heterogeneity，CFH组）。

研究结果显示，空间异质性能够显著改变微宇宙体系中的微生物多样性，微生物多样性的改变又导致了环境条件的改变，这些变化使微生物呈现出递增、递减、驼峰、U形和中性HDR模式。HDR模式的出现具有时间动态性，空间结构异质性和空间成分异质性产生的HDR模式及其出现时间并不一致。这些结果表明，HDR在时间上的动态变化可能是此前研究中多种模式并存的原因之一；空间异质性-生物多样性-环境条件之间的反馈调节是产生HDR模式时间动态的重要原因。未来的生态学研究都应该重视生态因子的时间动态变化规律。