结构化相互作用驱动微生物群落空间组织的突变转变
种群与进化
2025-12-01 v1 生物物理
摘要
细菌具备多种机制以响应环境和生理信号来调节其运动性，使其能够导航复杂栖息地并适应其行为。在这些机制中，种间识别使细胞能够根据邻近物种的生态身份来调节其运动。在此，我们引入一个模型，假设细菌物种相互识别并通过局部信号相互作用，这些信号要么增强要么抑制邻近细胞的运动性。通过大规模模拟和粗粒化随机模型，我们展示了由成核过程驱动的急剧转变的出现：增加抑制运动性相互作用的密度，将系统从完全混合的运动相驱动至以大型静止细菌簇为特征的状态。值得注意的是，在具有大量相互作用物种的系统中，仅通过改变运动性调节相互作用矩阵的结构，同时保持物种和相互作用密度不变，即可触发该转变。具体而言，我们发现异质性和模块化相互作用比同质随机相互作用更容易促进该转变。这些结果有助于理解微生物相互作用的持续努力，表明结构化的非随机相互作用可能是再现微生物群落中常见观察到的空间模式的关键。
引用
@article{arxiv.2509.01365,
title = {Structured Interactions Drive Abrupt Transitions in the Spatial Organization of Microbial Communities},
author = {Mattia Mattei and David Soriano Paños and Mahantesh Halappanavar and Alex Arenas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.01365},
year = {2025}
}