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微生物群落会自发定殖于原始环境中，然而物种生长动力学以及单个细胞变异如何塑造群落组装，仍然知之甚少。在此，我们利用延时显微成像追踪由多达七种土壤细菌分离株组成、并生长于营养表面的群落中单个奠基细胞的分裂过程。通过细胞谱系追踪，我们从早期生长直至稳定期，量化了物种特异性的绝对生物量形成及其生长动力学。 单个奠基细胞的繁殖成功取决于其首次细胞分裂的时机，这一时机决定了其获取初级底物的机会以及其最大生长速率。在混合物种群落中，奠基细胞的成功还取决于物种特异性且受底物影响的生长速率和产量。此外，细胞定位、与非亲缘邻居的距离以及共存物种的身份等空间因素，也进一步影响了结果。在具有空间结构的群落中，种间相互作用在整体上受对初级底物竞争的支配。我们还观察到对泄漏代谢物的交叉喂养，这表现为成对相互作用强度及相互作用符号的波动。 物种对相互作用在局部尺度上存在差异，其中彼此距离小于15微米的细胞表现出相反的相互作用行为。依据单培养生长动力学预测得到的全局成对相互作用，在约一半的实测物种对中得到了验证；而在三种或更多物种的组合中，实测的成对相互作用通常会减弱。通过采用一个包含种间相互作用的、空间显式的基于个体的 Monod 生长模型，我们准确预测了七成员群落的组成。 总体而言，我们的结果表明，不同细菌物种细胞之间涌现出的、由空间介导的种间相互作用，主要驱动了单个细胞生长速率在局部和时间上的变化，而这些变化进而决定了最终的生物量形成。由于大多数自然微生物栖息地都具有空间结构，奠基细胞位置的随机性及其适合度差异，是决定局部形成的相互作用模式和物种共存的关键因素。
微生物群落会自发定殖于原始环境中，然而，物种生长动力学以及单个细胞变异如何塑造群落组装过程，仍然知之甚少。本文利用时间推移显微成像技术，追踪了由最多七种土壤细菌分离株组成、并在营养表面生长的群落中单个创始细胞的分裂过程。通过细胞谱系追踪，我们对从早期生长到稳定期阶段各物种特异性的绝对生物量形成及其生长动力学进行了量化。单个创始细胞的繁殖成功取决于其首次细胞分裂的时间，这决定了其获取初级底物的机会以及其最大生长速率。在混合物种群落中，创始细胞的成功还取决于物种特异性、底物依赖性的生长速率和产量。此外，诸如细胞定位、与非亲缘邻居的距离以及共存物种的身份等空间因素，也进一步影响了结果。在具有空间结构的群落中，种间相互作用在整体上受对初级底物竞争的支配。我们还观察到对泄漏代谢物的交叉馈养，这表现为成对相互作用强度及相互作用符号的波动。物种对之间的相互作用在局部尺度上存在差异，在小于15微米距离内的细胞表现出相反的相互作用行为。基于单培养生长动力学预测得到的全局成对相互作用，在约一半的测量物种对中得到了观察；而在三种或更多物种的组合中，实测的成对相互作用通常会减弱。通过采用一个包含种间相互作用、具有空间显式性的基于主体的Monod生长模型，我们准确预测了七成员群落的组成。总体而言，我们的结果表明，不同细菌物种细胞之间涌现出的、由空间介导的种间相互作用，主要驱动了单个细胞生长速率在局部和时间上的变化，而这些变化反过来决定了最终的生物量形成。由于大多数天然微生物栖息地都具有空间结构，创始细胞定位的随机性和适合度差异，是决定局部形成的相互作用模式和物种共存的关键因素。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.26.734772v1?rss=1
🏷️ 土壤细菌 群落组装 空间相互作用 创始细胞适合度 种间竞争 个体基础模型