扩散的双面刃:微生物战争中天敌共迁如何重塑种群多样性生死存亡

扩散的双面刃:微生物战争中天敌共迁如何重塑种群多样性生死存亡

原创
来源:刘鸣
2025-06-12 08:18:36
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核心提示:在微生物模型中,扩散虽能提升低多样性栖息地的种群多样性,但天敌(噬菌体)的共同扩散会显著抑制宿主(荧光假单胞菌)的形态分化。

温度驱动的多样化进程具有资源与天敌依赖性

研究通过荧光假单胞菌-噬菌体模型系统实验发现,细菌种群形态多样性受温度、资源水平、噬菌体存在及其交互作用的显著影响:无噬菌体时,高温和高资源促进多样性(尤其在中高资源水平下温度效应显著),且扩散能提升低多样性生境的局域多样性;而噬菌体的存在消除了温度/资源对形态多样性的影响差异,并通过自上而下的调控抑制了细菌在低温和低资源下的多样化速率(表现为生态位未饱和),同时噬菌体共扩散导致环境恶劣(低温和/或低资源)且本地细菌抗性较低的生境出现更严重的形态型损失,这对边缘生境的种群存续具有关键意义。

分散增加了低质量栖息地的种群多样性

低资源生境中,种群多样化受限于演化速率(扩散后局域多样性普遍提升可证),但该环境却因极低种群密度(较中/高资源生境分别低65.6% / 92.0%)意外支持更高多样性——其净丰富度增长主要源于形态型增益增加,而低密度环境通过松弛选择压力与削弱种内竞争(密度与温度显著负相关,p = 0.006),为多形态共存创造了独特条件。

与捕食者共存条件下的扩散导致低质量栖息地中形态型损失加剧

当噬菌体存在时,扩散虽未提升低资源生境的总体丰富度(与无噬菌体体系相反),却引发显著分化:低/中资源种群分别有62.5%37.5%发生形态型损失(远超高资源种群),但低资源种群同时获得最多形态型增益;这些新增形态主要为具有潜在高抗性的轮状WS型(wrinkly spreader),它们直接替代了本地弱势的SM形态(smooth morph),揭示了天敌压力下资源匮乏环境特有的"淘汰-更新"动态。

结论

这项研究表明,猎物-天敌之间的相互作用消除了温度-多样性以及资源-多样性之间的正相关关系,并且与高资源栖息地相比,低资源栖息地经历了更高的物种丰富度损失和物种丰富度增加。通过测量细菌种群的抗性,研究者发现低资源栖息地中物种丰富度的损失和增加可能分别是由迁入的高传染性天敌和高抗性猎物所导致的。此项研究结果强调了在考虑对抗性协同进化相互作用方面的重要性,并为保护生物学提供了启示,即在全球迁移加速和人为气候变化的时代,生产力较低的栖息地可能会遭受更高的多样性损失。未来的研究应在更长的时间尺度上进行,以避免过度波动的动态变化,并且应在更现实的生态背景下开展,例如从多样性热点地区向冷点地区的不对称扩散。

参考文献:

1.Chu XL. Enemy dispersal drives the diversity loss of bacterial victim populations at diversity cold spots. Evol Lett. 2025 Feb 22;9(3):346-354. doi: 10.1093/evlett/qraf004. PMID: 40487869; PMCID: PMC12137053.

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