微生物种群中的合作：理论与实验模型系统

合作行为，即付出代价为他人提供利益，在生命的所有领域都很常见。这篇综述文章讨论了微生物世界中的合作行为，其通过称为公共物品的胞外产物交换来介导。我们聚焦于那些公共物品的产生以及相关生产细胞生长劣势已被充分描述的模式物种。为了揭示促进合作性状出现与稳定的生物学和生态学因素，我们采取跨学科视角，综述从数学模型和受控良好的实验模型系统中获得的见解。在生态学上，我们将微生物生命周期的关键方面纳入分析，特别考虑局部群落（亚种群）集合持续出现、生长和再次消失的种群结构。在生物学上，我们显式考虑公共物品产生的合成与调控。理论方法的讨论包括一般进化概念、种群动力学和进化博弈论。作为一个具体但具普适性的生物学例子，我们考虑 Pseudomonas putida 种群及其对铁载体 pyoverdines（铁 scavenging 分子）的调控与利用。该综述以空间扩展系统中合作的概述作结，并对所讨论实验与理论研究的见解进行了批判性评估。文中讨论了当前的挑战与重要的新研究机遇，包括公共物品的生化调控、更贴近原生环境的现实生态场景、细胞间信号传导以及多物种群落。