在自然界的各种生态系统中，微生物以群落或微生物群落的形式广泛存在和相互作用，深刻地塑造着地球生物圈的功能。记者8月8日从中国科学院青岛能源研究所获悉，该所单细胞中心提出了基于大数据搜索的理论模型。通过建立全球微生物组转化网络，从多个尺度探索不同的生态系统。植物群的内部关联和进化规律。相关结果近期发表在《美国微生物学会会刊》上。

通过不同地质时代遗留下来的化石和其中包含的远古DNA，可以揭示人类和哺乳动物的进化过程。然而，在漫长的时间旅程中，各种生态系统中植物群的进化和相互作用的痕迹往往被湮灭。

为了在全球范围内重现和理解微生物组之间的进化路径和相互作用过程，由中国科学院青岛能源研究所景功超和青岛大学张玉峰组成的研究团队提出了一个理论模型：微生物组可以改变其内部许多物种的组合和数量比例相互转化，以适应各种生存环境和选择压力。因此，可以根据微生物组的结构相似性来推断微生物组的进化和相互作用之间的关系。

基于该模型，研究人员利用早期开发的微生物组搜索引擎（MSE），基于微生物组结构的相似性，构建了全球首个“微生物组相互转化网络（MTN）”。这个全球网络的节点包括样本菌群，113亿个16SrRNA序列，来自从人体各个部位到各种栖息地的20大类生态系统。

有趣的是，MTN也是一个类似于现实中社交网络的无标度网络。这类网络的典型特征是大多数节点只连接少数节点，而少数节点连接非常多的节点。这种“枢纽”节点的存在，使得这类网络对意外故障有很强的容忍度，但容易受到协同攻击。因此，MTN的无标度网络特征为目前地球微生物群落多样性的成因和意义提供了新的理论视角和原理解释。

出人意料的是，在MTN中，虽然微生物组的结构与其不同的生态系统有着显着的相关性，但每个植物群与任何其他植物群的平均距离只有“七”步，即通过6个“亲戚”，相互转化可以实现。因此，微生物组在全球范围内具有其固有的同源性。这一发现对于重建历史上曾经存在的微生物组或设计全新的菌群具有指导意义。

研究人员还基于MTN以个体菌群的准确性绘制了全球尺度的“微生物组相互转化路线图”，从而描绘了不同生态系统内和不同生态系统之间每个微生物组最可能的进化路径和进化路径。交互过程。例如，路线图显示，海洋最有可能与靠近海岸的鱼类等非哺乳动物交换植物群成分，而沙子和淡水是植物与人类和自然之间进行植物群交换的“门户” .因此，该路线图将成为研究微生态系统间相互作用机制的新工具。

随着全球环境的变化和人类文明的进步，每天有无数植物从地球上消失，无数植物同时出现。得益于其长期的植物群数据积累和高效的计算对比能力，MSE可以在数小时内在个人电脑上对新兴植物群数据点进行MTN的全局更新。因此，利用MSE，研究人员将不断扩展和更新MTN，开发多尺度、全方位的可视化系统，为研究起源、演化和演化提供基于大数据的理论模型和计算工具。微生物组的相互作用。记者 王建高 通讯员 刘佳