编译：国民少女，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读
自下而上的选择在微生物群落构成中起着重要的作用，但不能解释所有观察到的差异。诸如自上而下的选择（例如掠食）之类的其他过程可能部分导致无法解释的差异。但是，自上而下的过程及其与自下而上的选择压力之间的相互作用仍待探索。
我们利用原位海洋生物膜模型系统测试了自下而上（即，底物特性）和自上而下（通过100 µm网格排除大型捕食者）选择性压力对群落构成的影响（56天）。使用16 S和18 S rRNA基因扩增子测序监测原核和真核生物群落组成。
较高的组成变异性可以通过连续演替早期的生长基质来解释，但是随着生物膜的成熟，自上而下的捕食变得越来越重要。木质基质促进了异养生物的生长，而惰性基质（即塑料，玻璃，瓷砖）缺乏为自养生物选择的可降解材料。早期的木材群落包含更多的混合营养菌和异养生物（例如，与惰性基质相比，木材中变形杆菌和裸藻菌的总丰度分别高34％和41％）。相反，惰性基质显示出自养性丰度的两倍（例如，蓝细菌和癣菌占惰性基质内总富集度比木材高37％和10％）。晚期的自然（非封闭）群落主要由所有底物上的自养生物主导，而高异养性丰度则是封闭群落的特征。晚期群落主要处于自上而下的控制之下，大型掠食者先后塑造了异养生物。自上而下的控制集成增加了7-52％的可解释方差，从而使人们更加了解指导多营养群落结构和演替动态的潜在生态过程。
原名：Ecologicaldrivers switch from bottom–up to top–down during model microbial communitysuccessions译名：在模型微生物群落演替过程中，生态驱动力从自下而上转变为自上而下使用聚乙烯泡沫塑料和氰基丙烯酸乙酯将75×25 mm的单个载玻片（玻璃，瓷砖，塑料和木材）插入聚氯乙烯管段。然后，将底物及其支架缝入25.4×30.5 cm 100 µm的网眼罩中，以通过排除来防止大型食肉动物的侵害，或者使其暴露于自然环境中。基板被淹没在新西兰的奥塔哥港。使用距海床80厘米的扎带将样品（n = 168）从绳索上悬挂，在低潮时保持裸露，而在高潮时淹没。所有样本均位于距离海岸50米的较小地理区域（<30 m2）。从2019年5月开始，在第7、14、19、28、42和56天完成了三次生物膜采样。但是，由于原位环境导致样品丢失（n = 27），总共有141个生物膜获得样品。使用无菌手术刀将生物膜从整个基底上刮下来。瓷砖仅在釉面刮过。将样品悬浮在100 µL无菌水中，并保存在-80°C直至进一步处理。在第0、7、14、19、28、42和56天，从底物悬架结构的两端2米处收集了1L的重复水样。样品先通过0.22μm的聚碳酸酯过滤器过滤冷冻并在-80°C下储存直至进一步处理。所有数据分析都是在RStudio中使用R版本3.6.1进行的，并使用ggplot2软件包（版本3.2.1）进行可视化。随后进行DNA提取和测序并对微生物群落进行分析。
1、生物膜群落组成分为两个阶段。
轮廓分析用于根据ASV丰度相似度确定可将样本分组的最佳簇数。最好将原核生物分为两组，主要根据群落年龄而定，而不能可靠地鉴定出真核生物的分组。尽管三个真核生物群体的平均轮廓宽度最高，但低于0.4的平均轮廓宽度被认为是不可靠的。交错群落分析比较了样本扩增子序列变异体（ASV）的丰度，从而确定了样本簇的最佳数量以及原核生物和真核生物的群落发生变化的时间（图1）。两个簇的Sorensen差异模式很好地对应（图1c，d），其中六个时间点中只有2个（原核生物为7天和14天）和1个（真核生物为7天）被归为早期（图1e， f）。从早期到后期，随着生物膜的年龄，丰富度显着增加了1.9倍。成对异质性分析进一步证实了继发阶段之间的富集差异，除了原核生物第14–19天和真核生物第7–14天配对之外，后期连续阶段内部差异不显着。在比较组平均值和考虑变异性时，成分模式也表现出阶段显着的分组。群落从第19-42天（原核生物）和14-42天（真核生物）稳定，早期样本在底物之间共享的ASV更少。因此，所有处理中的原核和真核生物群落都分为两个明显不同的演替阶段：早期和晚期。
图1.通过剪影和交错带分析，确定了原核生物群落(左)和真核生物群落(右)的两个发展阶段。检测到响应生物膜年龄的群落演替（图2）。生物膜年龄与NMDS1显着相关（图2），成熟度和顺序聚类都与跨底物的群落趋同。随着时间的推移，群落更新以生物膜年龄之间的显着差异性形式出现差异。成对的异质性比较显示出显着的群落更替。在单个时间点内的群落差异随着时间的推移而降低，特别是在早晚比较时时间点。但是，与真核生物相比，原核变异的减少更为明显。随着时间的流逝，原核生物和真核生物均显示出跨底物的ASV共享增加（补充图4D）。跨底物共享的ASV数量分别从1.8％（原核生物）和3.3％（真核生物）增加到ASV总数的22％和9.4％。封闭的原核生物群落（不包括> 100 µm的生物）以增加的速率成熟，其差异被量化为平均相似度增加到每天0.02％。在56天内，群落演替周转率的差异导致最大相似度为11.2％，而全天56个原核群落之间的平均相异度为61％。Anosim和Adonis测试评估了底物和封闭条件对群落组成和变异的解释程度。从下至上到由上而下的控制逐渐过渡与群落趋同有关。底物确定了早期聚类（图2），具有明显的木材相关微生物成分。晚期原核生物群落变异对底物依赖性效应最小（图2）。同时，根据时间确定了晚期真核生物成分，封闭条件比底物解释了更多的群落变异（表1）。
封闭条件使后期丰富度增加了两倍（Wilcoxon，p <0.01）（图3），而早期群落则不受影响。与其他所有底物相比，与木材相关的早期真核生物的丰富度显着提高。除此之外，底物特异性的差异是依赖于封闭的:与惰性底物相比，在早期原生木原核生物和晚期封闭真核生物群落中检测到100-250个以上的ASVs（图3）。平均而言，原核木群落中的ASV比惰性底物少46个，而真核ASV数量增加了79个（图3）。仅当木材与惰性底物相比（例如在天然早期条件下）含有更多数量的ASV时，原核底物丰富度差异才显着。总体而言，封闭条件对后期群落施加了更大的压力。早期的浓稠度并非始终由封闭条件或底物驱动，而晚期的丰富度差异主要由封闭条件决定，仅有较小的底物效应（图3）。
图3. 原核生物和真核生物观察到的丰富度是封闭特异性的阶段依赖方式。从自上而下到自上而下的控制机制的转变，人们观察到了门水平变化（图4）。早期群落的主要区别在于底物。与惰性底物相比，木材显示出更多的变形杆菌（34％）和Euglenozoa（41％），更少的自养生物（25％）。随着时间的推移，封闭条件变得越来越重要，直到封闭条件主要决定了后期群落差异，而没有一致的底物效果。封闭的生物膜主要由混合营养生物和异养生物组成，而自然条件下含有更多的自养生物。在天然生物膜中，拟杆菌，纤毛虫和节肢动物的相对丰度保持低于25％，而蓝细菌在木材中的增幅为21％，而在所有其他基质中的增幅仍为> 45％。早期的自养-异养平衡与底物差异相对应。随后的自养生物-异养生物分布发生变化，并变得与封闭条件有关。在门水平上，动植物水平的群落趋势得以保留。
结果表明，在评估早期不稳定群落的驱动因素时，自下而上的选择压力（即底物差异）的分析足以确定大多数群落差异，但要考虑自上而下的选择压力（即使用100 µm网状围栏以排除大型生物）捕获了已建立群落的更多差异。本文创建了一个群落组装模型（图5），描述了随着时间的推移自上而下和自上而下控制的效果。在底物定殖之后，由于营养的可获得性（即，可降解的与不可降解的底物），生长导致不同的组成。早期的自下而上的控制能力减弱，导致所有基材上的群落随时间推移逐渐趋同，而后期的组成则受到自上而下的选择压力的影响。因此，本文的工作通过讨论自下而上和自上而下的选择压力随时间的相对影响，解决了先前微生物生态学研究中的一些争议。
图5. 微生物生物膜群落的形成与不同的组成和选择压力有关，可分为不同的阶段。
本文确定了与群落成熟相关的从下至上到自上而下的控制切换。初级选择压力的这种变化突出了初级定居者的群落选择，出现了稳定的，融合的成熟群落，这些群落被大型掠食者的存在所修饰（图5）。捕食可能会利用营养价值作为标准，选择性地去除生物。自上而下的控件的集成允许解释比仅由下而上的焦点更多的差异。因此，应该更加重视自上而下的控制，尤其是对于有关稳定后期群落的研究。微生物生态学领域中自下而上和自上而下的选择性压力的整合使人们对构成机理有了更好的了解。评估潜在过程的研究不仅最终确定了特定栖息地的群落组成，而且还确定了导致这些栖息地组成模式的原因。
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