波罗的海细菌群落代谢生态位占据动态的量化

分子方法的进展使得对细菌种群进行时序监测成为可能。然而，由于微生物的极大多样性，理解群落动态及其与生态系统功能的联系仍然具有挑战性。需要能够从分类学丰富的细菌群落时间序列中阐释其潜在生态功能的概念框架。组织生态功能的一个关键概念是生态位（niche），即使种群得以持续并定义其对周围环境影响的策略集合。在此，我们提出一个基于流形学习（manifold learning）的框架，将基因组信息组织为随时间潜在占据的细菌代谢生态位。我们应用该方法，利用来自波罗的海的 Linnaeus 微生物观测站（LMO）的长期细菌时间序列重建潜在占据代谢生态位的动态。结果揭示了一个相对低维的占据代谢生态位空间，包含具有相似功能能力的分类群组。占据生态位的时间模式受季节性强烈驱动。某些代谢生态位由单一细菌分类群主导，而另一些则由多个分类群占据，且这取决于季节。这些结果展示了流形学习方法在增进我们对微生物系统中群落组成与功能联系理解方面的威力。