單個微生物看不見、摸不著，卻無時不在、無處不在。微生物的功能絕非“分解者”這么簡單，影響到溫室氣體的、綠色生產的、人體健康的方方面面，其群落組成和功能有極高的復雜性。如何更好認識微生物的特性，過去科研人員常常在微觀尺度挖掘，但如同盲人摸象，只能看到局部。就像人類社會，只是知道一個人叫什么名字，無法了解人類社會的全貌，要知道人與人之間的關系才能更好描述。
近日，浙江大學徐建明教授團隊通過分析地球微生物組計劃(Earth )大數據，構建了全球微生物共存網絡，通過對其“社會關系”的分析，首次揭示了地球多種環境中微生物組間的互聯模式。這項研究近日發表在微生物領域頂級期刊《微生物組》（），浙江大學環境與資源學院馬斌研究員為該論文的第一作者，徐建明教授為通訊作者，浙江大學為第一和通訊作者單位。
用大數據“篩出”微生物之間的交互作用
食物網通過捕食和被捕食關系建立起來生物相互作用網，類似地，在微生物群落中，不同微生物間存在著共生、寄生、捕食和競爭等相互作用形式。厘清不同生態系統中微生物的復雜交互作用關系地球無法連接到數據庫，具有兩大挑戰。一是超過95%的微生物無法人工培養，進而無法通過實驗法一一甄別；二是上萬種微生物之間存在幾億對相互關系，面對這樣的海量數據根本無法通過傳統的實驗開展研究。
▲地球微生物組共存網絡 (a)及不同環境中的亞網絡 (b)
采用統一采樣、測序、分析的全球最大標準化環境微生物組數據庫的建立，為中外科學家研究確定了豐富的數據資源。浙大科研人員通過構建微生物生態網絡算法建立一個“篩子”，篩出微生物之間的交互作用?？蒲腥藛T從大數據中找到微生物之間的規律，并通過這種規律構建起一套統計模型進而篩出相互規律。
由此，徐建明團隊通過綜合分析全球多種生存環境（土壤、植物、動物、水體等）中的微生物組數據，構建了全球微生物共存網絡。“通過這張網絡，我們對微生物的關系能夠看得更清，為進一步理解運行機制提供了前提?！?/p>
沒有微生物 “社會”是一座孤島
隨著同一個生態系統內微生物關系的明確，浙大科研人員進一步研究跨界的互聯表征。他們發現相同關系越多，連線越粗，也意味著有共同的相互作用。這就反應出不同生態系統之間，微生物關系與交往?！斑@項研究告訴我們要從系統角度認識事物，加深了對地球微生物重要性和多樣性的認識?！毙旖鹘榻B，整體社會關系網絡的相似性，反應潛在的交流的強度。土壤和淡水的關系，比土壤和咸水的關系要大。這很大程度上在于水的循環作用和影響程度。
▲地球微生物組的互聯特征
地球微生物組中不同環境中的微生物組都有緊密聯系，并可依據關聯特征劃分為不同的子網絡。根據子網絡間的相似性，可進一步將子網絡分成兩組。值得注意的是，土壤微生物組與動物表面、動物腸道和淡水微生物組有密切關系，而植物、動物體表的微生物是連接兩組子網絡的橋梁。
“所有的微生物是相互關聯的，不能割裂開來去理解。例如要知道腸道微生物組地球無法連接到數據庫，其實也要研究環境對其的影響?！?馬斌介紹說，如果只是從微生物群落組成的角度進行研究，有時候常常不能真正認識微生物組運行的內在機制。