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微生物共生網路圖能反映什麼意思

發布時間:2023-04-15 04:31:36

1. 腸道微生物同食共生是什麼意思

共生又叫互利共生,是兩種生物彼此互利地生存在一起,缺此失彼都不能生存的一類種間關系,是生物之間相互關系的高度臘粗發展。共生的生物在生理上相互分工,互換生命活動的產物,在組織上形成了新的結構。彼此互不相害。
動物的消化道里有無數的細菌和其他微生物。動物排出的食物殘渣主要依靠細菌對食物的分解產生。這些細菌具有多種功能,但其首要職責是分解消化道內的物質,如果沒有它們,動物的消化道就無法完成這一任務。比如,大量困局襲未經消化的碳水化合物進入腸道,腸道中的細菌能把它們分解成可以吸收和轉化的各種酸性物質。就這樣,動物體利用細菌消化,從食物中獲取更多的營養和熱量,而消化道(腸道)的細菌則通過動物體獲得穩定的食物供應。
例如,人和人體腸道的正常菌群之間也是共生關系。人體腸道的正常菌群在一汪兄般情況下,它們的巨大數量足以排阻和抑制外來腸道致病菌的入侵,還為人提供維生素B1、B2、B12、K、葉酸等營養物質。而人體腸道為這些微生物提供良好的生活場所。所以,當人長期服用廣譜抗生素致使腸道中正常菌群失調後,就會出現維生素缺乏症。

2. 微生物組生態學:網路,競爭,穩定性

目錄

我們的腸道中定居著千百種微生物,這些微生物對我們有著很重要的作用,比如可以幫助食物中復雜分子降解,保護我們免受致病菌侵害,有助於免疫系統的健康發育等等。

這些定居在我們腸道中的所有微生物形成的群落,我們稱之為 腸道微生物組

腸道微生物組具有顯著的生態穩定性,不同的人攜帶不同的微生物,但每個人都趨向於長時間攜帶著一些相同的關鍵微生物。這種穩定性被認為對人們的健康有著重要的作用,因為這保證了有益的共生體(如某些益生菌)以及和它們相關聯的功能將在長時間內維持穩定。同樣,當一個人的微生物組主要成分發生轉變時,常常會處於不太健康的狀態。

因此,腸道微生物組的穩定性非常重要,那麼,是什麼扮肢穗讓腸道微生物組穩定的呢?

什麼促進/擾亂了腸道微生物組的穩定性?

生態領域利用網路模型處理大量且復雜的群體,因此在網路模型基礎上發展理論,建立適用於腸道微生物組的網路理論。

A)微生物之間相互作用的網路,包括內部相互作用(-s)以及與其它種(a ij )產生的相互作用。

B)耦合常微分方程,基於Lotka-Volterra模型,包含所有可能的聯結、相互作用類型(例如,合作,競爭,利用)、物種數(S),包含了穩態中所有可能出現的微生物。X i :物種i的密度;r i :物種i的生長速率;s i :物種i種內的相互作用;t:時間。

C)在擾動後,可以恢復到之前密度的群落稱為穩定的。回到穩態的速度越快,穩定性越強,如果連續偏離穩態,認為是不穩定的。

D)基於線性穩定性分析,得出特徵值,包含實部(Re)和虛部(Im);Re的值越負,群落回到穩態的越快,穩定性越強;Im的值越大,群落回到穩態的過程中發生震盪的頻率越高;以B圖中三個樣本(紫色、褐色、綠色)作圖,得到特徵值的圖。橢圓型邊界是分析邊界,特徵值都位於邊界內,橢圓邊界最右點可認為是最大特徵值,可用其代表該群落的穩定性,但對於某些參數,特徵值會位於橢圓外(該點對應了相互作用矩陣的平均行和)。

此外,由於線性模型具有一定的局限(雖然普適但只能分析當群落接近穩態時是否穩定,並且不能提供群落如何遠離穩態的信息),又發展了基於持久性分析和個體模型的方法加以補充。

圖中P m 指合作關系網路在所有關系網路中所佔的比例;P c 指競爭關系在所有關系網路中所佔的比例。使用了三種分析方式,得到的結論一致,隨著群落中合作網路的增加,群落穩定性下降,支持了廳卜 合作降低穩定性 的結論。

A)合作網路關系增加示意圖

B)局部穩定性分析,隨著合作的增加,最大特徵值不斷增加,穩定性降低。

C-E)由於局部穩定性分析具有一定的局限(雖然普適但只能分析當群落接近穩態時是否穩定,並且不能提供群落如何遠離穩態的信息),基於持久性分析和個體模型的方法,又進行了測試,結果與線性穩定性分析一致。

F)基於個體模型的動力學分析表明,在持久性群落中,發生擾動後,會維持它們最初的物種,而非持久性群落中,擾動可能會導致物種的滅絕。

為什麼合作會降低穩定性呢?

合作減穩效應的出現可能是由於合作關系引起了物種與正反饋迴路的耦合。處於合作關系中的物種,很容易出現依賴性,當一個物種減少時,那麼就很可能造成其他物種的減少,降低系統穩定性,嚴重一點甚至產生連環崩潰導致全部滅絕。

有假說認為合作是微生物組穩定性的原因。盡管合作意味著物種間的互幫互助,可以更好的存活、繁殖,但並不能和穩定性劃等號,正如上文所說,合作意味著創飢虧造了依賴性,並有著共同崩潰的潛在可能。

所以,對於宿主來說要做一道選擇題:增加合作關系可以促進代謝效率,但這是以降低生態穩定性為代價的。

模型預測 競爭可以提高微生物組的穩定性 ,不過物種多樣性的增加,往往會伴隨著生態系統穩定性的降低,那麼競爭和多樣性的增加如何形成一個穩定的微生物組呢?

A)逐漸在只有合作網路的微生物群落中增加物種和競爭網路。

B)增加競爭者物種到由100個合作物種組成的初始群落中的特徵值分布情況;通常,隨著競爭者物種的加入,特徵值不斷減小,這意味著群落的穩定性在逐步增強;然而,隨著物種數增加,特徵值邊界會變寬,當寬到包含了最右(大)的特徵值時(當點移動到橢圓里),穩定性會降低。

C)生態穩定性是競爭者物種數增加的函數(黑色實線);最初,競爭者的加入會增加穩定性,因為降低了合作的比例(P m ,藍線)。不過,最終競爭者的增加會導致穩定性下降,這與B圖中橢圓變寬一致,這種趨勢在具有不同種內相互作用(-s)的情況下中也是一致的(點線)。

盡管物種數的增加會降低穩定性,但同時增加的競爭激活了 負反饋 迴路,這會帶來一個穩定性效應。這樣的穩定性效應會在開始主導群落的穩定性。

競爭所引起的穩定性效應反映了一個更加通用的原則: 抑制正反饋迴路將會提高穩定性

在系統失調和感染時,適應性免疫被認為可以通過抑制一些有害物種的豐度,幫助我們重建一個健康的微生物組。在模型中加入密度依賴調節的規則後,發現確實能使得群落穩定。換一個角度,宿主的免疫調節對於某一物種來說是抑制的,它們之間可以看作是競爭的關系,實際上通過免疫調節限制了正反饋的程度,避免了正反饋迴路失控。

減弱種間相互作用的過程可以提高穩定性,因為這些過程減少了驅動失穩的耦合。同時如果用多個低強度的合作網路替換高強度的合作網路,增加冗餘度,同樣也會提高穩定性。

很有意思的是,當引入一定的 空間結構 時,群落的穩定性會提高但相互作用不會減弱,因此,宿主可能會通過腸道分區的方式控制腸道微生物組的相互作用,避免出現滅絕的風險。

當提供營養時,腸道微生物組總是更穩定。

宿主可以為腸道微生物提供營養,這種情況可能會 削弱微生物之間的相互作用 。舉個例子:菌A可以產生一種碳源C,而菌B需要利用碳源C。如果宿主提供碳源C,那麼菌B和菌A之間的相互作用就減弱了。

研究常常關注於腸道微生物組內的相互作用,而宿主提供營養可能會對種間關系有很大影響。宿主提供營養使得微生物打破群落內的限制,快速增長,最後達到了宿主所能提供的外在條件的限制。此時,種群之間將會為了 爭奪宿主有限的供給能力 變成競爭關系,又一次證明了競爭可以提高穩定性。

A)三種分析方法顯示空間結構提高了生態穩定性。

B)針對性喂養,宿主提供營養削弱合作相互作用可以提高穩定性。(在IbM模型,P m =0.25中,有一個例外,可能使得有很多競爭性種群的群落失穩,但是影響很小)

C)非針對性喂養可以增加穩定性。左圖顯示供給可以讓微生物群落快速增長,被宿主的供給能力所限制。限制空間和營養意味著在之前處於合作關系的種群將會轉變成競爭者(競爭可通過在一個群落中移除一個物種並觀察到大多數剩餘物種密度的增加來證明);右圖顯示當從群落中移除一個種群後,宿主提供營養的群落可以很快穩定下來,而不提供營養的群落則很難穩定下來。

D)使用前人發表的小鼠微生物組數據測試。大多數相互作用都是弱相互作用,比種內相互作用還弱,並且主要是競爭和利用的關系;

測試證明,相關結論成立,微生物組相互作用趨於非合作或減弱。

微生物組的組成十分復雜,宿主很難單獨地控制每一個物種,不過研究表明,宿主可以通過宏觀的、系統層面的手段管控微生物組,並從中獲益。

微生物組因為組成的復雜性研究起來非常困難,但其對宿主健康等具有重要的影響,並且微生物組的影響屬於環境因素,對微生物組的操控要比對宿主本身基因組的操控讓人放心。理解、操控微生物組有著非常光明的前景,為此需要理解和設計微生物組內至關重要的某些相互作用。上述工作為微生物組的量化預測提供了模型,並得出了令人驚訝的結論:高物種豐度的微生物組主要通過競爭保持穩定而不是合作。

要有批判精神

多偉大的科學家也會受到時代的限制,所說的不一定就是對的,盡信書不如無書。科學研究的過程就是不斷debug,發現新東西的過程,文藝一點可以稱之為追求真理。

大膽假設,小心求證

3. 心理學上說的共生關系是什麼

共生又叫互利共生,是兩種生物彼此互利地生存在一起,缺此失彼都不能生存的一類種間關系,是生物之間相互關系的高度發展。共生的生物在生理上相互分工,棚則互換生命活動的產物,在組織上形成了新的結構。地衣是眾所周知的共生實例,它是藻類和菌類的共生體。除了地衣以外,在生物界的很多門類可以舉出許多共生的例子來。昆蟲綱等翅目的昆蟲和其腸道中的鞭毛蟲或細菌之間的關系就是共生關系。等翅目昆蟲的腸道是鞭毛蟲或細菌的棲身之所,它們幫助等翅目昆蟲消化纖維素,而等翅目昆蟲不僅為它們提供藏身之所,還給它們提供養料。若互相分離,兩者都不能生存。豆科植物和根瘤菌是又一個共生的的實例。根瘤菌存在於土壤中,是有鞭毛的桿菌。根瘤菌與豆科植物之間有一定的寄主特異性,但不十分嚴格,例如豌豆根瘤菌能與豌豆共生,也能與蠶豆共生,但不能與大豆共生。在整個共生纖野階段,根瘤菌被包圍在寄主質膜所形成的侵入線中,在寄主內合成固氮酶。豆血紅蛋白則系共生作用產物,具體講,植物產生球蛋白,而血紅素則由細菌合成。豆血紅蛋白存在於植物細胞的液泡中,對氧具有很強的親和力,因此對創造固氮作用所必須的厭氧條件是有利的。就這樣細菌開始固氮。在植物體內細菌有賴於植物提供能量,而類菌體只能固氮而不能利用所固定的氮。所以豆科植物供給根瘤菌碳水化合物,根瘤菌供給植物氮素養料,從而形成互利共生關系。動物與微生物之間共生現象的例子也很多。牛、羊等反芻動物與瘤胃微生物共生就是其中的一個例子。反芻動物的瘤胃的鏈豎棚溫度恆定、pH保持在5.8—6.8之間,瘤胃中的CO2、CH44等氣體造成無氧環境,大量的草料經過口腔後與唾液混合進入瘤胃中,為其中的微生物提供了豐富的營養物質。瘤胃微生物分解纖維素,為反芻動物提供糖類、氨基酸和維生素等營養。兩者相互依賴,互惠共生。人和人體腸道的正常菌群之間也是共生關系。人體腸道的正常菌群在一般情況下,它們的巨大數量足以排阻和抑制外來腸道致病菌的入侵,還為人提供維生素B1、B2、B12、K、葉酸等營養物質。而人體腸道為這些微生物提供良好的棲息場所。當人長期服用廣譜抗生素致使腸道中正常菌群失調後,就會出現維生素缺乏症。海洋生物群落中共生現象也十分普遍,如小丑魚和海葵之間;某些小蝦和海葵之間;珊瑚鱒和隆頭魚之類擔任「清潔工作」的魚之間的關系。太平洋中有一種大珊瑚──石芝,呈美麗的翠綠色,非常漂亮,這是因為其組織中共生著一種微小的海藻的緣故。共生關系有非常重要的生態作用,據估計根瘤菌固定的氮約占生物固氮的40%。具有能夠固定氮的塊根的木本樹種,通常是最先佔領貧瘠的土壤。例如在阿拉斯加,赤楊由於塊根中有共生固氮菌,故能很快占滿整個冰磧土。

4. 微生物共現網路圖分三塊原因

環境篩選、微生棗顫悉物交互作用、遺傳發育特徵。共現網路是研究突出了不同環境下微生物群落間的相互作用模式重要方式,可以從網路角度理解微生物群落共現特徵,包括分析不同生境下微生物之間相互作用的差異,及各個類群之間的互作模式等,是微生物生態學分析的常用手段。微生物共現網路圖分三塊原因:環境篩選凳乎、洞搜微生物交互作用、遺傳發育特徵。

5. 微生物共現網路圖怎麼做

選擇SmartArt圖形類型。這一步就是先把最初的組織結構圖創建出來,我們啟動一個新的文檔。我們在文檔中輸入「企業組織機構圖」,字型大小設置為「一號」單擊「插入」/「SmartArt」,彈出「選擇SmartArt圖形」對話框,在該對話框左側列表中選擇「層次結構」,在中間區域選擇「表層次結構」,右側我們可以看他的一些說明,點擊確,這樣我們就做好了共現網路圖。

6. 簡述微生物間相互作用的關系有哪幾種,並舉例

一共七種關嘩友系:種間共處、互生、共生、拮抗、競爭、寄生和捕食。
種間共處:兩種微生物相互無影響的生活在一起,不表現出明顯的有利或有害關系。如乳桿菌和鏈球菌。
互生:微生物間比較鬆散的聯合,在聯合中一方或雙方都有利。如氨化菌和硝飢拆化菌。
共生:兩種微生物緊密結合在一起形成一種特殊的共生體,在組織和形態上產生了新的結構,
在生理上有一定的分工。共生分為互惠共生和偏利共生。如藻類與真菌共生形成的地衣。
拮抗:兩種微生物生活在一起時,一種微生物產生某種特殊的代謝產物或改變環境條件,從而抑制甚至殺死另一種微生物的現象。
競爭:生活在一起的微生物,為了生長爭奪有限的營養或空間,結果使兩種微生物的生長均受到爛蘆棗抑制。競爭在自然界普遍存在,是推動微生物發展和進化的動力。
寄生:一種生物生活在另一種生物體表或體內,從後者的細胞、組織或體液中取得營養,前者稱為寄生物,後者稱為寄主,寄生物一般對寄主是有害的。如噬菌體與細菌。
捕食:一種微生物直接吞食另一種微生物。如原生動物對細菌的捕食,捕食關系在控制種群密度,組成生態系食物鏈中,具有重要意義。

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