大数据探索微生物“社交网络”

半个月谈记者？朱涵

肉眼看不见的微生物是我们人类的“老前辈”。如果将地球的年龄比作一年，微生物诞生于3月20日，而人类则在12月31日出现在地球上。

上至数万米的天空，下至数万米数公里的深海，300°C的温泉，负80°C的冷极，都有微生物。数十亿年来，微生物形成了错综复杂的“社会关系”网络。它们不仅是“分解者”，而且影响到温室气体、绿色生产和人类健康的方方面面。

前不久，浙江大学徐建明教授团队在《微生物组》杂志上发表论文。通过对地球微生物组计划大数据的分析，我们进一步探索了全球微生物的“社会关系”。

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微生物组“冒险”

“过去，研究人员经常在微观尺度上挖掘微生物的具体特征，但有时就像盲人触摸大象一样，只有一部分可以可见。”徐建明说，这就像人。在社会上，除了要知道个人的姓名外，还需要了解人与人之间的关系，才能更好地了解社会关系的全貌。

大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游生物……这是物种之间的食物网。在微生物群落中，也存在着类似的网络，不同微生物之间存在着共生、寄生、捕食、竞争等相互作用形式。

浙江大学研究人员从地球微生物组计划的大数据出发，构建了一套统计模型，“筛选”出微生物之间的相互作用规律。研究团队综合分析了全球土壤、植物、动物、水体等各种生活环境中的微生物组数据，利用来自14个环境的23000多个样本，构建了8个模块的全球微生物共存网络。乍一看，整个网络图看起来像一个分子结构模型。不同的是，网络内部的各个模块纵横交织，连接更加复杂。

地球微生物群的相互关联特征/研究组供图

通过该网络，研究人员发现土壤微生物群与动物体表、动物肠道和淡水微生物组。密切相关的是，植物和动物表面的微生物是连接两组微生物网络的“桥梁”。由于人类活动范围广泛，人类皮肤微生物组可能在地球微生物的迁移中发挥非常重要的作用。

“微生物社会关系网络的相似性反映了微生物交流的强度。例如，土壤微生物与淡水微生物之间的“亲缘关系”和“日常互动”比土壤微生物和淡水微生物之间的距离更近。盐水微生物。经常发生，这主要是由于水的循环和影响。”徐建明说。

这些共生、寄生、捕食和竞争等相互作用是微生物进化过程中自然选择的关键。美国芝加哥大学进化生物学家范沃伦认为，这就像红皇后在《爱丽丝历险记》中所说的那样：“你必须尽全力奔跑，才能保持原地不动。”另一方面，一些微生物在进化过程中呈现出完全不同的面貌。例如，原绿球藻属细菌数量庞大，但几乎是世界上最弱的生物。在漫长的进化过程中，这些细菌呈现出“成功人士”的模样——它们慢慢失去了分解过氧化氢等有毒物质的能力，完全依靠其他生物为自己做这些“粗活”。

“这种关系在自然界中非常普遍，但我们有时并不知道这些关系最初是如何形成的。”论文第一作者、浙江大学环境与资源学院研究员马斌说。微生物是相互关联的，不能分开。通过微生物社会关系网络，我们可以更清楚地看到微生物之间的关系，为进一步了解微生物之间的运行机制提供了前提条件。

进一步了解微生物，了解微生物，让微生物为我所用。这就是浙大团队绘制微生物社会关系图的初衷。

“微生物群落是一个典型的复杂系统，很难对其进行精准控制。要实现微生物群落功能的定向调控，需要找出关键的控制因素。 ”马斌表示，通过对微生物的分析，社交网络可以识别关键控制节点，并通过大数据建立关系模型，有望找到一种对微生物进行定向调控的方法。

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理清微生物之间的复杂关系仍面临挑战< /p >

中国人利用微生物制作酒、酱油、醋等的历史悠久，但微生物作为一门科学的研究起步较晚。近年来，随着科研实力的提高和科技手段的进步，我们对微生物的认识和研究也有了长足的进步。然而，与各种形式的微生物世界相比，我们的理解仍然非常有限。

徐建明认为，厘清不同生态系统中微生物之间复杂的相互作用，还面临两大挑战：一是95%以上的微生物无法人工培育，无法一一鉴定;数以亿计的相互关系，如此海量的数据，通过传统的实验是不可能进行研究的。 “由于环境中的大部分微生物群落都是未培养的群落，我们的研究是从复杂系统的角度分析整个共存网络，而不是分析特定的微生物群落。”徐建明说。

文章来源：《大数据》 网址: http://www.dsjzz.cn/zonghexinwen/2021/0815/2799.html