Nature Climate Change | 周集中团队揭示​气候变暖增加了微生物网络的复杂性和稳定性！

在生态系统中，不同的物种通过物质、能量和信息的交换相互联系，形成复杂的相互作用，包括捕食、竞争、互惠、共生、寄生和互生，同时也受到各种非生物和生物因素的影响。这种复杂的生态关系可以用网络来表示，即以物种为节点，以它们的关系为纽带的生态网络，这是表征物种相互作用和生态系统动态的根本。一个基本而又热议的问题是生态网络的复杂性是否以及如何影响生态系统的稳定性。在过去，许多见解已经揭示了基于食物网的拮抗网络和基于授粉的互惠网络上的生态系统的结构、功能和动态，但网络复杂性和稳定性之间的关系的结果仍然有争议。但是网络结构的变化影响生态系统的功能和稳定性，特别是微生物生态学中的网络是否以及如何在未来的气候变化情景下发生变化还未知（生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？真菌如何帮助植物应对全球气候变化？真菌如何应对全球变暖所带来的干旱胁迫？）。

全球气候变化是对我们这个星球最深刻的人为干扰之一，其原因是化石燃料燃烧和土地使用变化造成的温室气体增加。自工业化以来，全球地表温度上升了0.78℃，预计到21世纪末将再上升1.5-4.5℃。气候变暖可以改变土壤微生物群落的多样性、结构和活动，但它是否以及如何影响网络的复杂性及其与微生物群落稳定性的关系仍不确定(Science: 多种全球变化因子在驱动土壤功能与微生物多样性过程中的作用；Nature Commun. | 复旦大学聂明团队揭示土壤微生物产甲烷作用应对气候变暖的补偿性反应！)。由于温度影响到生物等级的各个层次，它应该对网络的复杂性和稳定性产生深远的影响。一方面，正如生态学的代谢理论（MTE）所预测的那样，由于在较高温度下个体代谢过程更加活跃，生长速度更快，温度的上升将刺激各种生物相互作用（捕食、寄生、竞争和共生）。因此，科研人员预计实验性升温将增加物种关联的复杂性，导致生态网络更加复杂。另一方面，温度的升高和相关的环境变化（水分减少）将对现有的微生物物种起到强烈的过滤作用。因此，与MTE的预期相反，微生物网络可能会减少甚至崩溃，就像最近在海洋食物网中看到的那样。

2021年2月22日，国际顶级学术期刊Nature Climate Change发表了美国俄克拉荷马大学周集中教授团队和密歇根州立大学James Tiedje教授合作的研究论文，题为Climate warming enhances microbial network complexity and stability。

解读气候变化下网络复杂性和稳定性之间的关系是理论生态学中一个具有挑战性的课题，在微生物生态学领域仍然研究不足。在这篇文章中，科研人员研究了长期实验性变暖对草原土壤微生物群落分子生态网络复杂性和稳定性的影响。与环境对照相比，变暖显著增加了网络复杂性，包括网络大小、连通性、平均聚类系数、相对模块性和关键物种数量。气候变暖下的分子生态网络显著增强，网络稳定性与网络复杂度密切相关，支持了复杂度产生稳定性的生态学核心信念。此外，变暖显著加强了网络结构与群落功能势能和关键生态系统功能的关系。这些结果表明，保护微生物的"相互作用"对于生态系统管理和预测未来气候变暖的生态后果至关重要。

图1：土壤微生物网络随时间的演替

图2：相对模块性和网络拓扑属性之间的相关性

图3：连接到网络结构的网络稳定性的时间动态

图4：变暖条件下网络结构与环境变量，生态系统过程和社区功能特征之间的关系

图5: 网络群落结构的继承和环境驱动因素

图6: 细菌群落的凝聚力及其与网络复杂性和稳定性指标的关系

图7: 跨时间和处理保留的模块

图8: 菌群及其在细菌群落中的相对丰度

图9: 网络节点和链接的时间变化（即恒定性）

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