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摘要 

微生物群落推动全球生物地球化学循环，并塑造植物和动物（包括人类）的健康。它们的结构和功能由生态和环境相互作用决定，这些相互作用统治着微生物群落的组装、稳定性和进化。一个普遍的观点是，在微生物群落中，竞争等对抗性相互作用占主导地位，并且在生态上比协同作用（例如共生或共生）更为重要。然而，在过去的十年中，出现了更加细致入微的图景，细菌、古细菌和真菌存在于交互网络中，在这些网络中它们交换着必需和非必需的代谢产物。这些代谢相互作用不仅深刻影响着参与其中的菌株的生理、生态和进化，而且对许多，如果不是全部，微生物组的功能至关重要。因此，我们主张对微生物组生态学保持一个平衡的观点，将协同和对抗性相互作用都视为驱动微生物群落结构和动态的关键力量。

图1 | 强制代谢相互作用通常是协同的。

a，微生物群落中出现的生态相互作用谱。 b、c，原养型和营养缺陷型细菌菌株44,45 (b) 或来自开菲尔的菌株36 (c) 之间的两两共培养表明在这些条件下(参见附表1–4和补充信息)协同作用 (偏利共生、互惠关系) 占优势 。 b 和 c 中的颜色与 a 中的颜色相对应。

图2 | 代谢营养缺陷型在自然微生物群落中很常见。

a、b，游离生活 (n=7,161) 和宿主相关 (n=5,370) 微生物群落79 (a)，以及出现在不同环境中细菌 (附表5)的营养缺陷基因型比例 (b)。a 中的黑线标记了分布的中位数。在 b 中，一般的营养缺陷型指的是无法在最小培养基琼脂板上生长的微生物。不同作者定义营养缺陷型的标准总结在附表5中。

图3 | 微生物群落中强制性代谢相互作用的演化。

a、实验证据充分支持了代谢独立向强制性协作性交叉喂养相互作用的进化转变。这个过程至少经历了四个步骤，在这些步骤中，相互作用的双方都发展出了代谢相互依赖性，并开始产生更多交易商品。 b、细菌可能存在于一个网络中，其中它们与本地群落的其他成员交换代谢物。这些网络的建立是由生物合成基因的丧失以及消耗其他菌株产生的代谢物所带来的好处驱动的。

图4 | 协同作用比对抗作用更依赖于环境背景。

a–d，字母值图显示了不同生态相互作用在不同环境 (a) 和物种 (c) 中的稳定性 (a、c) ，以及在不同环境 (b) 和物种 (d) 中的相互作用距离 (b、d)。相互作用稳定性被定义为当环境发生变化时相互作用类型保持不变的概率 (a)，或当相互作用的一个物种发生变化时相互作用类型保持不变的概率 (c)。相互作用距离是原始环境和变化后环境之间 (b) 或原始物种和变化后物种之间 (d) 的平均欧氏距离。数据来源于参考文献42。不同的字母表示组之间存在显著差异 (Bonferroni校正Dunn's检验: P<0.01) (详见补充信息和附表6和7)。图中显示了中位数 (中心线)，盒子向两个方向都表示了剩余数据的一半 (即50%、25%等)，直到达到异常值 (黑色点)。