本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
查尔斯·达尔文将生命描述为永恒的生存斗争。物种为了有限的空间和资源而竞争，因此只有最适应其生态位的变种才能生存。这种推理背后的逻辑是合理的，但它不适用于生活在海莴苣上的微生物。这种不起眼的海藻以先到先得为基础挑选细菌，不涉及竞争。生存下来的不是最适者，而是最幸运者。
凯瑟琳·伯克和她的同事们在研究潮间带水池中海莴苣叶片上的微生物生态系统后得出了这样的结论。该团队直接提取并测序了这些微生物的DNA，而没有首先在实验室中培养它们。这种遗传普查，这种方法被称为宏基因组学，据推测可以无偏倚地反映生活在特定环境中的所有微生物。
在将DNA序列与物种匹配后，伯克发现每片莴苣都拥有独特的微生物群落。在六个藻类样本中，只有15%的微生物物种是共享的。这表明微生物或多或少随机地在海莴苣上定殖。这些细菌是谁并不重要。只要它们能在海莴苣上生长并及时到达那里，它们就会成为莴苣微生物生态系统的一部分。生态学家将这种情况视为彩票模型：无论哪个物种先到，都将赢得彩票。
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彩票假说最早由彼得·塞尔在1976年提出。塞尔在描述他的理论时，心中想的不是微生物和海莴苣，而是鱼和珊瑚礁。如果有两种相似的鱼类和一个空置的珊瑚礁，那么首先在珊瑚礁上定殖的物种将能够防御进一步的入侵者。菲利普·蒙迪后来为这种彩票效应提供了实验证据。他表明，当一种珊瑚礁鱼类提前8小时在珊瑚礁上定殖时，竞争物种稍后无法取代定居者。当两种鱼类同时被引入时，每个物种都有一半的机会获胜。
只有当每个物种都有相似的获胜机会时，彩票才能是公平和随机的。只有当竞争物种彼此相似时，这才是可能的。对于动物来说，这几乎等同于亲缘关系密切，例如蒙迪在他的实验中使用的鰕虎鱼。当两种动物的亲缘关系较远时，其中一种总是比另一种具有优势，因为它们更大、更聪明或更狡猾。但亲缘关系对于细菌来说并不是真正的问题。毕竟，它们可以相对容易地跨越物种界限共享基因。
尽管每次海莴苣彩票都是由不同的细菌赢得的，但伯克发现，每个微生物群落都具有相似的核心基因组，这些基因组与周围海水中存在的基因不同。不同群落中令人印象深刻的70%的基因具有相似的功能。这些基因中的许多基因使浮藻团上的群落生活成为可能。以产生粘附蛋白的基因为例。这些蛋白质使微生物粘附在表面和彼此之间，形成生物膜。其他例子包括转化藻类产生的糖的蛋白质，或使细菌从移动生活方式转变为固着生活方式的基因。
不同群落之间基因的这种保守性可能意味着定殖海莴苣的方式只有这么多。这些基因就像许多不同细菌购买的彩票，以进入抽奖活动。赢得彩票的物种可能是随机的，但它们的基因不是。
这些见解反映了其他地方的发现。今年早些时候，海德堡的研究人员发现，每个人都有三种不同类型的细菌生态系统之一在他们的肠道中。这些生态系统与测试对象的饮食、性别、体重、年龄或健康状况无关。就我们所知，它们可能是由我们年轻时微生物的随机定殖产生的，就像生活在海莴苣上的微生物一样。
宏基因组学是一个年轻的领域，但它已经揭示了微生物群落生活的许多隐藏方面。理清塑造这些群落的随机和非随机力量应该会让微生物生态学家在未来几年内忙碌起来。
图片:
海莴苣，摄影：Eutrophication&hypoxia。
绿色珊瑚鰕虎鱼，摄影：WonderKris。
参考文献
C Burke, P Steinberg, D Rusch, S Kjelleberg, & T Thomas (2011). Bacterial community assembly based on functional genes rather than species Proceedings of the National Academy of Sciences : doi/10.1073/pnas.1101591108
Munday, P. (2004). Competetive coexistence of coral-dwelling fishes: the lottery hypothesis revisited Ecology, 85 (3), 623-628 DOI: 10.1890/03-3100