微生物组关联多样性反映其距离不稳定边缘的距离
种群与进化
2026-02-02 v1 定量方法
摘要
最新测序宏生态学研究揭示了描述微生物社群中稳健统计规律的宏观模式或“定律”。随机逻辑模型 (SLM) 将物种视为独立 -- 类似物理学中的理想气体 -- 并纳入环境噪声，能够再现许多单物种模式，但无法解释微生物组数据中观察到的两两协变。本文引入相互作用随机逻辑模型 (ISLM)，在 SLM 基础上通过抽样一组随机相互作用网络，这些网络被设计为保留单物种定律。我们运用动力学均场理论绘制模型相图 -- 稳定、混沌与无限增长 régime -- 其中从稳定固定点到混沌的转变由网络稀疏度和相互作用异质性通过类似 May 定律的不稳定线控制。超越均场理论以考虑有限社区，我们推导一种有效稳定性参数的估计器，量化其距离不稳定边缘的距离，可从经验物种丰度数据中两两协变分布宽度推断得出。将此框架应用于合成数据、环境微生物组和人类肠道队列，表明这些社区倾向于接近不稳定边缘。此外，健康个体的肠道社区聚集在更靠近此边缘，表现出更广泛、更异质的关联，而发病相关状态则趋向更稳定的 régime -- 实现对 Crohn 病、炎症性肠病和结直肠癌等不同条件的判别。综上所述，我们的结果将宏观生态学定律、相互作用网络集合和 May 稳定性理论联系起来，表明复杂社区可能从动力学相变边缘受益。
引用
@article{arxiv.2601.22918,
title = {Microbiome association diversity reflects proximity to the edge of instability},
author = {Rubén Calvo and Adrián Roig and Roberto Corral López and José Camacho-Mateu and José A. Cuesta and Miguel A. Muñoz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.22918},
year = {2026}
}