令人惊讶的结构原因：研究发现厨房海绵是理想的细菌“孵化器”

在一系列的实验中，科学家们展示了各种微生物物种如何根据其结构环境的因素（如复杂性和大小）来影响彼此的种群动态。一些细菌在多样化的社区中茁壮成长，而另一些则喜欢孤独地生存。而允许这两种细菌过上最佳生活的物理环境会导致最强的生物多样性水平。

土壤提供了这种最佳的混合居住环境，而厨房海绵也是如此。杜克大学的生物医学工程师说，他们的结果表明，利用细菌来完成清理污染或生产商业产品等任务的行业应该考虑到结构环境。

该成果于2022年2月9日在线发表于《自然-化学生物学》杂志。

杜克大学生物医学工程教授尤凌冲（音译）说：“细菌就像生活在大流行中的人一样--一些人发现被隔离很困难，而另一些人则能很好地适应。我们已经证明，在一个物种之间既有积极作用又有消极作用的复杂群落中，有一个中间量的整合将使其整体共存最大化。”

微生物群落在整个自然界中以不同的程度混合。土壤为不同种群的生长提供了许多角落和缝隙，而不需要与它们的“邻居”有太多的互动。但是，当人类把许多细菌物种扔在一起，形成一种无结构的糊状物，以生产酒精、生物燃料和药物等商品时，通常是在一个盘子甚至是一个大桶里。在他们的实验中，尤凌冲和他的实验室研究人员展示了为什么这些工业努力可能是明智的，开始采取一种结构性的方法来进行制造工作。

研究人员对大约80个不同的大肠杆菌菌株进行了编码，这样他们就可以跟踪它们的种群增长。然后他们将这些细菌以不同的组合混合在实验室的生长板上，这些生长板有各种各样的潜在生活空间，从六个大孔到1536个小孔。大孔近似于微生物物种可以自由混合的环境，而小孔则是模仿物种可以保持自我的空间。

无论栖息地的大小如何，结果都是一样的。开始时只有少数几个物种的小孔最终演变成了只有一两个菌种存活的社区。同样，开始时有广泛的生物多样性的大孔，在实验结束时也只剩下一到两个物种。

“小份量确实伤害了那些依靠与其他物种互动来生存的物种，而大份量则消除了那些遭受这些互动的成员（孤独者），”尤凌冲说。“但是中间的分量允许微生物群落中的幸存者有最大的多样性。”

尤凌冲说，这些结果为研究人员创造了一个框架，使他们能够在不同的细菌群落中开始测试什么结构环境可能对他们的追求最有效。他们还指出了为什么厨房海绵是一个如此有用的微生物“栖息地”。它模仿了在健康土壤中发现的不同程度的分离，提供不同的分离层和不同大小的公共空间。

为了证明这一点，研究人员还用一个普通家用海绵进行了实验。结果显示，与他们测试的任何实验室设备相比，它是一个甚至更好的微生物多样性“孵化器”。

“事实证明，海绵是一种非常简单的方式，可以实现多层次的分工，以提高整体的微生物群落，”尤凌冲说。“也许这就是它是一个真正的脏东西的原因--海绵的结构只是为微生物提供了一个完美的家。”

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