Взаимодействия высокого порядка искажают функциональный ландшафт микробных консорциумов

Понимание связи между составом сообщества и его функцией представляет собой одну из основных задач биологии популяций микроорганизмов и имеет важное значение для управления природными микробиомами и конструирования синтетических консорциумов. В частности, недостаточно изучено, можно ли количественно предсказывать функции сообщества на основе признаков видов, культивируемых в монокультуре. Вдохновляясь исследованиями сложных генетических взаимодействий, мы изучили, как амилолитическая активность комбинационных сообществ, состоящих из шести почвенных бактерий, разлагающих крахмал, зависит от отдельных функциональных вкладов каждого вида и взаимодействий между ними. Интерпретируя наши результаты в рамках теории биохимической кинетики, мы показываем, что эта простая функция является аддитивной в отсутствие взаимодействий между членами сообщества. Примерно для половины комбинационно сформированных консорциумов амилолитическая функция определяется парными взаимодействиями и взаимодействиями более высокого порядка. Для другой половины функция остается аддитивной, несмотря на наличие сильных конкурентных взаимодействий. Мы объясняем механистическую основу этих результатов и предлагаем количественную схему, позволяющую разделить эффекты поведенческих взаимодействий и взаимодействий, обусловленных динамикой популяций. Наши результаты показывают, что функциональная устойчивость консорциума к парным взаимодействиям и взаимодействиям более высокого порядка существенно влияет на нашу способность предсказывать функцию экосистемы и конструировать ее снизу вверх в сложных сообществах.